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Rapport du projet industriel ENSEA – ITI
Présenté dans le cadre de l’obtention du
Diplôme d’ingénieur ENSEA ITI spécialité électronique et Informatique Industrielle
Etude et Réalisation de la carte GPS
Pour le futur émetteur d’ondes vidéo (EXC3G)
Bruno BARTOLI, Cergy le 6 juin 2011
Ecole Nationale Supérieure
de l’Electronique et ses Applications
6, Avenue du Ponceau
95000 CERGY
Tuteur Pédagogique :
Mme. Sabouraud-Muller enseignante ENSEA
THOMSON Grass Valley France SA
DED Service Traitement Numérique
1, rue de l’Hautil
78702 Conflans-Sainte-Honorine
Tuteur Industriel :
M. Martineau ingénieur chef de projet R&D
Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 1 / 120
Confidentialité
Le sujet qui est traité au sein de ce document, bien qu’il ne soit pas classé sous secret défense, n’est
destiné qu’aux personnes devant statuer de son contenu. Le projet EXC-3G fait partie du programme
de modernisation des émetteurs de TNT au sein de THOMSON.
En effet nous parlons ici de quelques points essentiels des différents systèmes qui constituent ce
produit.
Merci de respecter cette requête.
Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 2 / 120
Résumé
Dans le cadre du programme de l’EXC-3G (exciter de 3ème
génération) qui vise à être compatible avec
tous les nouveaux standards d’émission d’ondes TV du type DVB-T2, ISDB-T ou encore SBTVD-T, nous
avons pris en compte le paramètre écologique avec le souci permanent d’économie d’énergie. Ce
projet est aussi une avancée technologique sur le plan de la miniaturisation et de la transformation
d’un certain nombre de fonctions analogiques en numériques.
Je suis intégré au sein du service transmission Radio & TV basé à Conflans sainte Honorine (78)
depuis septembre 2008. Tous mes travaux jusqu’à lors ont été orientés sur ce projet. J’ai développé
du code VHDL pour faire du calcul complexe sans avoir besoin d’un microcontrôleur embarqué dans
le FPGA, j’ai aussi établie les schémas électriques de deux cartes qui intègrent la plateforme EXC-3G.
Le travail effectué pour le projet industriel de l’ENSEA porte sur l’étude et le développement d’une
carte dans son intégralité ; de la rédaction de son cahier des charges en passant par le découpage
fonctionnel pour aboutir au schéma électrique puis son lancement en production, le développement
de tout le code VHDL nécessaire au pilotage de celle-ci et l’élaboration d’une interface java pour la
piloter via un port USB par un ordinateur. Cette carte, intitulée « carte GPS », régie le bon
fonctionnement de toutes les autres présentes dans l’EXC-3G. C’est elle qui asservit les horloges qui
seront fournies à chaque carte de l’émetteur. Elle reçoit de l’extérieur un signal RF GPS qui, en étant
démodulé en interne fournira les signaux attendus.
L’avancée technologique des systèmes numériques intégrés a permis de réduire considérablement
l’encombrement et de simplifier la vision macroscopique sans pour autant réduire la complexité de
fonctionnement. Les composants reconfigurables permettent d’accélérer les temps de
développement du fait que l’architecture hardware peut être modifiée en temps réel via des
descriptions textuelles avec VHDL ou Verilog. Les FPGAs sont particulièrement efficaces pour
effectuer des traitements en parallèle et permettre ainsi une efficacité optimale des temps de
traitement. Comme une évidence, le nouveau système s’articule autour d’un composant
reconfigurable type FPGA pour condenser au sein d’un même circuit les fonctions à réaliser et
obtenir une souplesse de développement nécessaire à la validation d’un prototype.
Dans un premier temps, le travail fût de comprendre le fonctionnement de la carte GPS actuellement
en service sur tous les Sirius (exciter de 2ème
génération) ceci dans le but d’établir un premier
découpage fonctionnel du système à développer. Après cette première étude, la phase de
conception du prototype ainsi que la rédaction des spécifications techniques à respecter prennent
place. La conception comprend une étude fonctionnelle détaillée avec à l’appui une proposition de
l’architecture à mettre en place, une étude électrique pour la réalisation du schéma et de la
nomenclature, la mise en fabrication du circuit après validation, puis à la réception du circuit la phase
de testabilité. Ensuite, il y a le développement du code VHDL pour le FPGA et du code java pour l’IHM
afin de s’assurer de l’opérabilité de la carte. Enfin le développement de la partie PLL numérique en
VHDL à étudier sous MATLAB.
Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 3 / 120
Abstract
In the EXC-3G program which aims at being compatible with the new TV waves broadcast standards
like DVB-T2, ISDB-T or SBTVD-T, we took into account the ecological parameter with the permanent
concern of energy saving. This project also makes headway with miniaturization and conversion of
some analogical function to numerical.
I am part of the RADIO AND TV transmission service based in Conflans Sainte Honorine ( 78 ) since
September, 2008. The entire job that I have done so far has been oriented on this project. I have
developed VHDL code to make complex calculation without needing an embarked microcontroller
into the FPGA. I have also established the electric plans of two electronic boards which integrate the
EXC-3G platform.
The work made for the ENSEA industrial project concerns the study and the development of a board
in its entirety. I have started to write down its specifications through the functional split to end with
the electric plan. Then, I have launched the production, the development of the entirely VHDL code
necessary for the piloting of this board and the elaboration of an interface that I made with Java to
pilot it via an USB port by a computer. This board, entitled "GPS board", governed the well-
functioning of all the others, located into the EXC-3G. This board controls the clocks which will be
provided to each board of the transmitter. It receives from outside a RF GPS signal which, by being
demodulated inside will supply the expected signals.
The technological headway of the integrated digital systems permitted to reduce considerably the
cluttering and simplify the macroscopic vision without reducing the complexity of functioning.
Reconfigurable components allow accelerating time of development by the fact that hardware
structures can be modified in real time via textual descriptions with VHDL or Verilog. FPGAs are
particularly effective to make parallel treatments and also allow an optimal efficiency of processing
times. As evidence, the new system hinges on a reconfigurable component of FPGA type to condense
within the same circuit the functions to realize and to obtain a flexibility of the development,
required for the validation of a prototype.
Firstly, the task was to understand the working of the GPS board which is currently in operation on all
Sirius (2nd generation exciter) with the aim of establishing a first functional split of the developing
system. After this primary study, the phase of conception of the prototype as well as the writing of
the technical specifications that must be respected takes place. The conception includes a detailed
functional study with the support of an architectural proposition that must be set up, an electric
study for the realization of the plan and the asset code, the production of the circuit after validation,
then after reception of the circuit, there is the phase of testability. Then, there is the development of
the VHDL code for the FPGA and the Java code for the IHM to make sure of the board operability.
Finally the development of the digital PLL part in VHDL studied under MATLAB.
Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 4 / 120
Remerciements
Je tiens tout d’abord à remercier mon tuteur industriel Didier Martineau pour ses conseils, son aide
durant les différents projets que j’ai eu l’occasion d’aborder, et, sans qui je n’aurai pu effectuer mon
apprentissage au sein du groupe Thomson qui possède une excellente réputation internationale dans
le domaine des nouvelles technologies.
Je souhaite également remercier Daniel Artaud, Dominique Guillevic, Eric Faria, Gilles Quintin et
Olivier Mourand qui m’ont apporté une aide non négligeable tout au long de mon projet. Ensemble
nous avons pu démontrer tout notre savoir-faire, notre réactivité et notre professionnalisme. En
effet ce fut une expérience passionnante tant au niveau technique qu’humain, merci encore.
Enfin je remercie les employés de la société Thomson Grass Valley France SA basée à Conflans dans
leur ensemble et plus particulièrement Eric Lesueur , Hassan Bayan, Jean Pierre Abitbol, Jean Pierre
Michon, Olivier Dutaud, Luis Pinto et Marie-Claire Brosselard pour leur soutien au jour le jour et leur
bonne humeur malgré les moments difficiles. Je remercie aussi toute l’équipe de la production en
plateforme, avec qui j’ai passé ma première année d’alternance lors de ma deuxième année de DUT
et plus particulièrement Alain Liger (mon ancien tuteur) et Rodrigue Adin pour leurs conseils avisés et
le temps qu’ils m’ont accordé.
Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 5 / 120
TABLE DES MATIERES
Résumé p.2
Abstract p.3
Remerciements p.4
Introduction p.7
I. Présentation de l’entreprise p.8
A. Présentation de l’entreprise p.9
B. THOMSON Grass Valley et la branche Transmission p.12
C. Service DED Radio & TV p.14
II. Contexte et présentation du projet p.16
A. Explications préliminaires p.17
B. Description d’un émetteur numérique p.19
1. Descriptions préliminaires p.19
2. Emetteur de base de haute technologie p.21
3. Maximisation du retour sur investissement p.21
4. Configuration p.22
C. Architecture global de l’Elite 1000 p.24
1. Les diagrammes blocks de l’Elite 1000 p.24
2. Vue d’ensemble structurelle p.26
3. Les interfaces externes de l’émetteur p.27
4. Chemins de l’électricité, du refroidissement liquide… p.28
5. La baie Elite 1000 p.30
6. La puissance de sortie et les fonctions d’optimisation d’efficacité p.30
7. Configuration des différentes gammes d’Elite 1000 p.32
D. Architecture détaillée de l’Elite 1000 p.34
1. Amplificateur de haute puissance avec alimentation intégrée… p.34
2. Unité de sécurité de carte de gestion de la baie p.41
3. Système couplé entièrement isolé p.46
E. Le Sirius (émetteur de base, autrement appelé EMB) p.49
1. Applications p.50
2. Description système p.50
F. Les défis de l’EXC3G p.56
1. EMB de l’EXC3G p.57
2. Description du projet p.58
Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 6 / 120
III. Etudes et Réalisations p.61
A. Conception des différentes fonctions p.62
1. Elaboration de base des fonctions principales p.62
2. Choix des différents composants p.64
3. Fonction 10Mhz Input management p.67
4. Fonction Output management p.70
5. Fonction power Supply p.74
6. Fonction PLL p.76
B. Transformation des fonctions en circuits électroniques p.89
1. Power supply p.89
2. PLL p.91
3. Input management p.92
4. Output management p.93
C. Conception des parties VHDL et Java p.98
1. Conception de la partie VHDL p.98
2. Conception de la partie Java p.106
IV. Gestion du projet p.109
A. Processus de réalisation d’un circuit électronique p.110
B. Description des étapes du projet p.111
C. Les acteurs du projet p.112
D. Le diagramme de GANTT du projet p.113
E. Les coûts du projet p.114
Conclusion p.115
Bibliographie p.116
Glossaire p.117
Table des figures p.119
Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 7 / 120
Introduction
Ce document porte sur le projet Industriel ENSEA ITI que l’on m’a confié au sein de la société
THOMSON GRASS VALLEY France SA, il s’articule de la manière suivante : une première partie décrit
le groupe THOMSON, son secteur d’activité, ses clients, ses entités, le service dans lequel je travaille
et un organigramme du service. La seconde partie présente le contexte dans lequel s’insère le projet.
Il est mentionné le fonctionnement d’un émetteur Elite 1000 et l’objectif du projet dans ses grandes
lignes. Une troisième partie détaille l’étude et la réalisation du projet, puis, une dernière partie porte
sur l’aspect managérial du projet.
Le projet que l’on m’a confié est de concevoir une carte électronique permettant de délivrer
à l’ensemble d’un émetteur les fréquences caractéristiques dont il a besoin pour assurer un
fonctionnement opérationnel. Cette carte s’insère dans le projet EXC-3G. Ce projet est un nouvel
émetteur de base qui traite les signaux vidéo qui lui sont procurés sous format MPEG dans un flux
ASI. Ce système comportera une carte d’interface (le prototype en question), une alimentation
spécifique et une carte fond de panier qui se situera à l’arrière du rack pour récupérer les signaux des
différents sous-ensembles de l’émetteur (dont la carte GPS).
Le prototype met en avant un bon nombre de connaissances techniques concernant la
réalisation complète d’une carte électronique, alimentation, acquisition de signaux analogiques,
conversion numérique, circuits intégrés, traitement de signal, modélisation d’architecture numérique
en VHDL, élaboration d’une IHM en Java qui fonctionne sur Windows et Linux, testabilité, achats de
composants, nomenclature et encore bien d’autres.
Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 8 / 120
PARTIE I
Présentation de l’entreprise
Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 9 / 120
I.A. Présentation de l’entreprise
Thomson est le premier fournisseur mondial de solutions pour la création, la gestion, la diffusion et
l’accès de contenu vidéo à l’intention des industries des communications, des médias et du
divertissement.
Fig.1 : Activités du groupe Thomson
Principaux Clients
Les principaux clients sont les studios de cinéma, les diffuseurs de chaînes de télévision, les
opérateurs de réseau, et un éventail de plus en plus large d’utilisateurs professionnels de la vidéo.
▪ Opérateurs de réseau (câble, télécom satellite, Internet)
▪ Diffuseurs professionnels (chaines de télévision)
▪ Groupe de médias (Studio de cinéma et production vidéo)
▪ Utilisateurs innovants de vidéos (distributeurs, annonceurs, éditeurs de jeux, entreprises)
Fig.2 : Principaux Clients du groupe
Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 10 / 120
Répartition Géographique et dates importantes
Le siège social du groupe Thomson est situé en France à Boulogne Billancourt, l’histoire du groupe
est résumée en quelques points :
▪ 1883: Elihu Thomson et Edwin Houston s’associent pour créer une importante société
d’électricité : la Thomson-Houston Electric Corporation, basée aux Etats-Unis.
▪ 1892 : la fusion de Thomson-Houston et Edison General Electric Company donne naissance
à General Electric.
▪ 1893 : création de la Compagnie Française Thomson-Houston (CFTH), chargée d'exploiter
en France les brevets de la Thomson-Houston Electric Corporation dans le domaine alors
émergeant de la production et du transport de l'électricité.
▪ 1919 : création de Radio Corporation of America (RCA) et, en France, de la Compagnie
générale de la télégraphie sans fil (CSF).
▪ 1955 : la CFTH devient française, puis change de nom en 1966 pour devenir Thomson-Brandt,
suite à sa fusion avec la compagnie Hotchkiss-Brandt.
▪ 1967 : Thomson-Brandt fusionne avec CSF. Le groupe sera baptisé Thomson-CSF en 1968.
Puis Thomson-CSF prendra le contrôle des sociétés téléphones Ericsson et LMT.
▪ 1982 : Thomson-Brandt et Thomson-CSF sont nationalisés par le gouvernement français.
▪ 1983 : les deux entreprises sont regroupées sous le nom de Thomson SA.
À cette époque, le groupe s'organise autour de deux pôles :
➢ Le pôle orienté électronique grand public, qui deviendra Thomson Consumer Electronic
Company (TCE) en 1987 (rebaptisé Thomson Multimedia en 1995), sera dissocié du
groupe en 1999 et rebaptisé simplement Thomson en 2002.
➢ Thomson CSF, spécialisé dans l'électronique professionnelle à vocation essentiellement
militaire.
▪ 1999 : Ouverture du capital de Thomson Multimedia.
▪ 2000 : Thomson-CSF devient Thales.
▪ 2009 : Certaines analyses font état d'un possible dépôt de bilan.
▪ 2010 : Thomson devient Technicolor sans changement de la gouvernance d'entreprise.
Fig.3 : Répartition géographique du groupe Thomson dans le monde
Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 11 / 120
Organisation du groupe
Fig. 4: Organisation du groupe Thomson
Technicolor Business Group
Technicolor gère des réseaux vidéo pour le compte de ses clients et figure parmi les leaders
mondiaux pour les services aux contenus physiques ou électroniques. Cette division offre une large
gamme de services : gestion de réseaux vidéo, postproduction (y compris les effets spéciaux) gestion
de réseaux vidéo sur les points de ventes et services pour film et DVD.
Thomson Grass®Valley Business Group
Thomson Grass®Valley fournit et intègre des systèmes et des solutions dédiés à la vidéo. Elle joue
ainsi un rôle stratégique aux deux extrémités du réseau de diffusion : d’un côté, en aidant les
diffuseurs (chaînes de télévision) et les opérateurs réseaux à distribuer leur contenu vidéo, de l’autre
en fournissant aux opérateurs les produits d’accès dont les consommateurs ont besoin pour accéder
à ces contenus, à tout moment et en tout lieu.
Technologie Business Group
"Technologie" développe des technologies vidéo et les monétises à travers des licences et des
logiciels tout en anticipant les futures normes d’une industrie en constante évolution. Avec sept
centres de recherche dans le monde, et plus de 50 000 brevets, ses activités couvrent de nombreux
domaines : la compression audio et vidéo, les solutions de protection du contenu, la diffusion de
vidéos sur les réseaux IP (Internet Protocol) et sur mobiles, le traitement, le stockage ainsi que la
production de l’image, les systèmes de gestion du contenu, etc.
Finance & Corporate
& Securities Law
Human Ressources,
Diversity & Internal Comm.
Business Operations &
Legal Operations
Strategy, Technology
& Marketing
CEO
BOARD
Technicolor
Thomson Grass Valley
Technology
Support Functions Business Groups
Frédéric Rose
Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 12 / 120
Marques Commerciales du groupe Thomson
Fig.5 : Marques Commerciales du groupe Thomson
Technicolor : Leader mondial dans les services aux médias ainsi qu'aux fournisseurs de contenu
Grass®Valley : Leader mondial dans les solutions de Broadcasting professionnel
Screenvision : leader dans la publicité au cinéma
PRN : Leader mondial dans la conception d’architecture réseau pour les grandes surfaces
RCA : Constructeur nord américain d’appareil électronique grand public
I.B. Thomson Grass Valley et la branche Transmission
Lorsque vous regardez les informations, le sport ou encore des programmes de divertissement, que
ce soit sur le web, la télévision ou votre téléphone vous regardez Grass Valley en action.
L’entité Grass Valley se place au premier rang
mondial des fournisseurs de solutions
professionnelles dans le secteur du
Broadcasting. Cette entité est riche de plus de
3000 clients à travers le monde, ainsi que des
dizaines de milliers d’utilisateurs
professionnels générant du contenu à partir
des outils et des services de Grass Valley.
Depuis plus de 50 ans, elle a été et continue
d’être à la pointe de l’innovation sur la
diffusion avec la création de produits les plus
accomplis sur le marché. Au fur et à mesure
des années, Grass Valley a su se doter de
l’expérience des plus grands fabricants de
solution vidéo en faisant l’acquisition de
sociétés réputées dans le domaine aux quatre
coins du monde.
Avec des centaines de brevets (multiples
récompenses aux Emmy®Awards), Grass
Valley est le constructeur le plus innovateur et
productif du matériel vidéo et le plus grand
fournisseur de solutions de cette industrie.
Fig.6 : Organisation de l’entité Grass Valley
BROADCAST
TRANSMISSION
DISTRIBUTION
VIDEO Pro
Thomson Grass Valley
Jeff ROSICA
Branche Transmission
Je travaille actuellement dans la branche transmission de la société Thomson Grass Valley, qui
appartient au groupe Thomson devenu Technicolor depuis peu. Dans cette partie nous allons décrire
rapidement les principales caractéristiques de la branche transmission, notamment sa répartition
géographique, ses produits en quelques lignes, puis, nous descendrons au sein du service dans lequel
j’effectue mon apprentissage : Le service DED radio and TV.
Répartition Géographique et produits
Les activités de la branche transmission de Thomson Grass Valley sont effectuées par quatre unités
dénombrant près de 800 personnes basées en France, aux Etats-Unis, en Allemagne et en Suisse.
Fig.7 : Répartition des activités de la branche transmission
Gamme de produits
TV Transmission
Emetteurs numériques acceptant les standards de diffusion : DVB-T, DVB-H, ATSC
Emetteurs analogiques
Radio Transmission
Emetteurs Ondes Courtes avec une puissance pouvant atteindre 500kW (civil)
Emetteurs Ondes Moyennes et Ondes longues pouvant émettre à 1200kW (civil)
Emetteur numérique DRM/DAB (civil)
Emetteur VLF/LF (militaire)
TV
ATSC
ATSC-MH
Southwick MA
USA
TV & Radio
TV|DVB-T | DVB-H
DAB|DRM|AM
SW|LW|MW|VLF
Conflans
France
Radio
SW|MW|LW
Scientific Industrial
Turgi
Switzerland
Radio
Antennas
Masts
SW|LW|MW
Schifferstadt
Germany
Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 14 / 120
Antennas & Masts
Antennes Rotatives pour émetteur Radio SW/MW
Antennes Directives pour émetteur Radio SW/MW
Scientific Industrial Applications
Applications liées au traitement des Cancers
Applications pour le CERN
Applications liées à la recherche
I.C Service DED radio and TV
Le Département d’Etudes et Développement Radio and TV est dirigé par M. Bureau qui est à la tête
de 49 personnes, parmi lesquelles nous retrouvons en grande partie des ingénieurs de
développement dans les cinq services détaillés ci-dessous. Un organigramme de ce service est
proposé à la page suivante.
Ce service met en œuvre toutes les techniques actuelles pour réaliser des émetteurs TV et radio de
dernière génération. Pour satisfaire une demande plus en plus forte de la qualité d’image et une
demande croissante du nombre de canaux, l’équipe de ce service suit les nouveaux standards de
diffusion comme, DVB-T pour la TV et DAB pour la radio afin de concevoir et installer des nouvelles
stations d’émissions.
Service Traitement Numérique :
Développement des modulateurs et des systèmes de gestion entre autres. Ils s’occupent de tout ce
qui à trait aux éléments numériques des émetteurs.
Service Développement logiciel :
Ils développent les logiciels qui assurent la gestion des émetteurs.
Service Intégration TX :
Les ingénieurs de ce service réalisent l’intégration des sous-ensembles des émetteurs, ils conçoivent
également les amplificateurs et les alimentations pour les émetteurs.
Service Développement :
Essentiellement constitué de techniciens ce service s’occupe principalement de la réalisation des
PCB, de la conception des parties mécaniques et du développement des interconnexions électriques.
Service TEST :
Les membres de cette équipe développent des bancs de tests automatiques et opèrent la vérification
des produits développés au sein du service DED radio & TV.
Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 15 / 120
FIG.8 Organigramme du service
Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 16 / 120
PARTIE II
Contexte et présentation du projet
Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 17 / 120
II.A Explications préliminaires
Afin de comprendre la fonction d’un émetteur numérique, il faut le localiser dans la chaîne de
l’image. Nous pouvons voir dans le schéma ci-dessous les différentes étapes du studio
d’enregistrement à la télévision du particulier :
Avant d’arriver dans le démodulateur de nos télévisions, le signal utilisé pour transporter l’image et
le son, passe par différentes étapes où il est transformé par différents moyens. On peut les
décomposer en 4 étapes.
La collecte
La vidéo et l’audio proviennent directement des studios. Les programmes sont collectés sous forme
numérique et encodés en MPEG. Tous les programmes sont regroupés pour être envoyés aux têtes
de réseau. Comme nous pouvons le voir sur la figure 9, il y a une première collecte au niveau national
puis une seconde au niveau régional.
Fig.9 : Chaine de l’image numérique
Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 18 / 120
Les têtes de Réseau
Les têtes de réseau se chargent du multiplexage fréquentiel.
Cette technique est utilisée pour pouvoir émettre jusqu’à 6 programmes dans un même canal.
Cela permet d’augmenter la capacité des bandes de fréquence utilisées (VHF et UHF).
Nous utilisons deux techniques : Le SFN ou MFN. Si deux émetteurs sont proches l’un de l’autre ils
peuvent émettre sur la même fréquence comprenant plusieurs programmes, ici c’est le SFN qui sera
utilisé. On utilisera le MFN quand les émetteurs n’émettent pas sur la même fréquence.
Le transport entre les têtes de réseau peut se faire soit par câble soit par satellite.
La diffusion hertzienne
C’est à ce moment-là que les émetteurs interviennent.
Pour la diffusion numérique, on utilise les signaux encodés en MPEG2 et MPEG4 pour les
programmes payants. La couche physique de transport est l’ASI.
Sachant que THOMSON est une multinationale et que 80% des émetteurs sont exportés, il a fallu
s’adapter aux différents standards de diffusion numérique mis en place sur chaque continent.
La réception
La TNT peut être reçue par tout le monde à la seule condition de se trouver dans les zones couvertes.
Nul besoin de changer de télévision. Il faut uniquement s’équiper d’un décodeur TNT. A contrario de
la télévision analogique, une sensibilité du récepteur insuffisante ne permet pas de recevoir les
services (image+ son…), dans ce cas, un changement d’antenne avec un gain plus important est
nécessaire. On aura une réception de qualité constante mais il n’y a pas d’entre deux, c’est du tout
ou rien.
Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 19 / 120
II.B Description d’un émetteur numérique
II.B.1 Descriptions préliminaires
Les émetteurs de la famille « Elite » ont été développés par l’entité Thomson il y a maintenant 30
ans. Actuellement c’est la 2ème
génération qui est en service. Ils ont été conçus pour répondre
spécifiquement aux exigences de la TV numérique de la télévision mobile, avec les deux principaux
objectifs suivant :
Correspondre aux critères de fiabilité, de maniabilité et d’économie que posent les
diffuseurs.
Fournir des solutions à jour qui seront à l’épreuve des évolutions de la télé numérique et
mobile.
Cette gamme d’émetteur fournit un large choix d’options en termes de fréquences de sortie (de la
bande UHF à VHF) et en puissance émise (de 125 W rms à 16.5 kW rms en DVB-T/H).
L’Elite 1000 est la famille d’émetteur qui dispose de la puissance de sortie la plus élevée tout
en conservant une efficacité et un rendement inégalable.
L’Elite 100 est la solution parfaite pour diffuser dans les endroits où son grand frère n’a pas
accès, ces deux solutions sont complémentaires.
Ces deux familles ont une structure adapté à leur puissance de sortie et ont été conçues pour :
Emettre un signal numérique, pour la TNT.
Etre compatible avec les modules d’amplification.
Avoir une interface homme-machine belle et intuitive.
Permettre un contrôle et une maintenance à distance.
Le fait que nos émetteurs répondent à tous ces critères, en particulier l’usage du même émetteur de
base que nous soyons en Elite 1000 ou en Elite 100, fournit un support très professionnel et réduit
les coûts considérablement, ce qui plait à nos clients.
Les points clefs du design
Les deux familles d’émetteurs ont été optimisées et sont des solutions cohérentes pour la diffusion
d’ondes TNT avec des puissances de sortie allant de 125 W à plus de 16.5kW rms (DVT-H),
exactement :
1.5 kW rms à 16.5 kW rms pour un signal de sortie en DVB-T.
Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 20 / 120
1.80 kW rms à 20 kW rms pour un signal de sortie en ATSC.
Disponibilité de service (dans la chaîne de RF, aucun point critique n’est seul, système de commande
non-critique, sous-entendu il y a plusieurs alternatives de passage du signal en cas de panne interne).
Réduction de la taille (l'émetteur à grande puissance le plus compact sur le marché : 600mm x
1200mm pour 6kW rms).
Des options de redondance (simple drive, dual drive, passive Reserve et le système N+1 redundancy)
Économies sur les coûts d'opération :
Les capacités d'optimisation intégrées peuvent fournir une efficacité supplémentaire de 20%
L'accès simple à tous les modules avec le souci permanent de faciliter la maintenance. Le
temps d’accès à tous les modules est bien inférieur aux 15 minutes stipulées dans procès-
verbal.
Modules de poids légers avec amplificateurs et connecteurs changeables lorsque l’émetteur
est en fonctionnement.
Chaque pièce de l’émetteur est changeable.
Contrôle à haute performance et Contrôle de Système, une mise à jour logicielle à distance
est incorporée (SNMP ou serveur Web), pour un diagnostic en profondeur.
Un émetteur constitué à partir de technologies de pointe.
Précorrection automatique numérique pour la non-linéarité des amplificateurs.
Égaliseur linéaire automatique pour les altérations linéaires.
Le contrôle de gain automatique optimisant la puissance de sortie dans tous les cas de
figures.
Ajustement numérique de la phase et du gain à tous les étages d’amplification.
Pour la famille d’émetteur Elite 100 à refroidissement à air, la puissance de sortie varie entre 125 W
rms à 1.2 kW rms pour un signal de sortie DVB-T:
Amplificateur et alimentation simple et robuste, menant à un coût de maintenance réduit.
Un émetteur de base de haute performance commun à toutes les familles d’émetteurs.
flexibilité du système de refroidissement, refroidissement par circulation d'air standard ou
haute qualité( soit un gros ventilateur qui souffle par le haut sur toute la baie, soit un
système beaucoup plus raffiné avec un chemin tracé dans chaque composant de l’émetteur
pour extraire l’air chaud tout en laissant place à l’air froid).
II.B.2 Émetteur de base de haute technologie :
Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 21 / 120
FIG.10 : Sirius avec un écran lcd en façade
L'élite est une solution "de haute technologie" éprouvée pour la TV Numérique et la TV Mobile.
Ces émetteurs sont la plate-forme ouverte qui supporte actuellement les standards DVB-T, DVB-H,
ATSC et MediaFlo ™.
Toutes les familles d'Elite peuvent fonctionner avec notre troisième génération d’émetteur de base,
développé pour assurer une migration facile vers n'importe quels standards de TV fixe ou mobile, en
voici les caractéristiques :
Précorrections linéaires et non-linéaires automatiques.
Logiciel incorporé évolutif à distance (via réseaux informatiques).
Insertion d’une cellule id, informations TPS spécifiques.
Modulation hiérarchique et non-hiérarchique.
Double entrée ASI avec capacité de commutation sans coupure.
Adaptation de TEB.
Indication de mesure de qualité intégrée et alarme.
Réglage extrêmement précis de la puissance de sortie
II.B.3 Maximisation du retour sur Investissement :
Le Retour sur l'Investissement est maximisé grâce à:
Haute efficacité
En plus des hautes performances de base des modules Elites, les propriétés optiphase et optigain
sont des solutions de maintien optimales d’une puissance de sortie RF pour Elite 1000 avec un
minimum d’entretient ce qui rend possible un meilleur retour sur investissement.
Baisser des coûts de maintenance directs
Pour réduire des coûts de fonctionnement et réduire ainsi le coût total de l’émetteur à son
propriétaire, les procédures de maintenance pour la gamme Elite ont été simplifiées, une personne
peut rapidement remplacer un module et rendre l'émetteur fonctionnel sans besoin de hautes
compétences techniques d'autres que la formation spécifique aux tâches simples qui s’effectue sur
moins de 2 jours. Les amplificateurs, l'alimentation, les connecteurs et les charges sont tous
remplaçable sur site en moins de 15 minutes (procès-verbal) et échangeable émetteur en
fonctionnement avec aucune nécessité de réglage d'accord.
Baisser des coûts de maintenance indirects
Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 22 / 120
Chaque émetteur est livré avec un serveur Web incorporé ou avec le support de protocole SNMP,
permettant immédiatement d’identifier le statut de l'émetteur et l'emplacement précis d'une faute.
Il est aussi recevoir ces informations via e-mail, SMS et téléphone (équipement supplémentaire
facultatif).
Cohérence avec la famille Elite
La formation et des pièces de rechange similaires à toute la famille d'Elite apportent des économies
supplémentaires.
II.B.4 Configuration :
Les Élite 100 et 1000 couvrent la gamme de puissance de 125 W rms à 16.5 kW rms selon les
configurations suivantes :
FIG.11 : Configuration des Elites en fonction de la puissance de sortie
Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 23 / 120
Configuration Elite 100
FIG.12 : Configuration de la gamme Elite 100
La gamme élite 100 existe sous deux formats, soit extraction d’air standard, soit haute qualité
comme précisé précédemment, pour répondre au besoin des différents diffuseurs.
Configuration Elite 1000
FIG.13 : Configuration de la gamme Elite 1000
La gamme Elite 1000 est produite exclusivement avec un système liquide d’extraction de chaleur, ce
qui fournit de hautes performances pour une consommation restreinte.
Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 24 / 120
II.C Architecture global de l’Elite 1000
II.C.1 Les diagrammes blocks de l’Elite 1000
Un Elite 1000 est conçu pour respecter des valeurs spécifiques de puissance de sortie, il est construit
d'un jeu de modules qui font de lui un système complet. Cette standardisation apporte des
avantages quand plusieurs émetteurs différents de la même gamme sont en fonctionnement les uns
à côté des autres :
* Le personnel de maintenance qui est devenu expérimenté sur un émetteur peut facilement
apprendre des procédures de maintenance pour un autre émetteur Elite.
* Il y a une diminution du nombre de pièces de rechange différentes car la conception a été pensée
dans le but d’avoir un maximum de composants communs pour éviter des problèmes
d’approvisionnements engendrés par une obsolescence précoce de telle ou telle partie.
Fig.14 : Les composants constituant la gamme Elite 1000
Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 25 / 120
Fig.15 : Diagramme block du système Elite
Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 26 / 120
Architecture de l’Elite 1000 :
II.C.2 Vue d’ensemble structurelle
Les connections directes (de type bus) réduisent
considérablement le nombre de câbles et de pipelines
à l’intérieur de la baie.
L’Elite 1000 fait 600mm de large, 1200mm de
profondeur et 2050mm de haut.
Un seul émetteur peut sortir une puissance de 6 kW
rms (DVB-T/H) (on peut atteindre les 20kW avec le pic
de synchro), pour obtenir une puissance d’émission
supérieure il suffit d’associer une autre baie.
Sa conception réfléchie permet un accès simple à
chaque composant.
Les modules sont facilement manipulables.
Toutes les gammes d’émetteurs sont constituées des
mêmes composants.
La plupart de ces composants sont remplaçable
émetteur en marche.
Le caisson de gestion se trouve dans la partie haute de
la baie.
Le système de refroidissement liquide est bien
sécurisé, il dispose d’une pompe externe à la baie,
pour éviter tout court-circuit.
Un flux d’air frais minimum est maintenu au sein de la
baie pour éviter tout problème d’air chaud stagnant.
L’air qui circule à l’intérieur est évidement filtré pour
éviter encore une fois tout problème de court-circuit.
Une baie Elite 1000 comprend :
- Un ou deux Sirius
- Un caisson de gestion et de sécurité
- Une carte mère qui peut gérer jusqu’à 12
amplificateurs.
- Un additionneur de sortie capable d’additionner
les puissances de sorties de 12 amplis maximums.
- Une charge de balance, qui vise à évacuer la
puissance qui reviendrait de l’antenne en cas de
mauvaise adaptation du système.
- Une alimentation haute puissance.
- Une baie qui puisse accueillir en son sein tous ces composants.
Fig.16 : Baie Elite 1000, refroidissement liquide
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II.C.3 Les interfaces externes de l’émetteur
L’alimentation :
Les trois phases sont présentes, le neutre et la masse entrent dans l’émetteur via le haut ou
le bas de la baie. Ils sont ensuite connectés aux alimentations de chaque ampli.
Il existe cependant une option qui consiste à alimenter le reste de l’émetteur par un courant
monophasé complètement indépendant du triphasé qui alimente les amplis. Est présent un
capteur de sécurité qui protège les utilisateurs et qui les informe que le monophasé est
encore en activité même si le triphasé est éteint.
Une alimentation par bus barre permet d’alimenter l’ensemble des amplis.
Contrôle à distance :
L’Elite 1000 est équipé de base d’un serveur WEB et d’un agent SNMP pour le contrôle à
distance utilisant l’Ethernet via un connecteur RJ45 femelle.
Récepteur GPS :
Un récepteur GPS peut être installé sur l’émetteur, il permet de fournir un 10 Mhz et un 1
PPS. On peut aussi brancher un récepteur GPS dit externe, par exemple lorsque sur un site
d’émission plusieurs baies sont toutes reliées au même récepteur GPS.
Système de réserve :
Les connecteurs du toit de la baie sont utilisés pour le management et les interfaces de
sécurité pour le passive réserve et le N+1.
Les points de contrôle :
Pour être sûr de la puissance à chaque endroit critique du chemin du signal avant sa sortie
sur l’antenne, des capteurs sont positionnés, sur la sortie du Sirius et sur celles de chacun des
amplis. Pour les émetteurs multi-baies tous ces signaux sont rapportés sur la baie principale
par les connectiques du dessus.
Les systèmes de refroidissement :
Les connecteurs du refroidissement liquide sont situés sur le toit de la baie. L’émetteur a
cependant une entrée d’air filtrée dans sa partie basse, Les ventilateurs soufflent dans
l’intégralité de la baie et l’air chaud est extrait par la partie haute.
La sortie RF :
On trouve sur le toit un échantillon RF en sortie de l’additionneur (d’amplificateurs), ce
même échantillon est fourni au Sirius pour les réglages NLC. Un autre prélèvement est
effectué en sortie du filtre de canal, avant antenne, il est seulement distribué au Sirius pour
les corrections linéaires (ALE).
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II.C.4 Chemins de l’électricité, du refroidissement liquide, des signaux de contrôle et RF
L’Elite 1000 détient un système solide de distribution de signaux, que ce soit électrique ou liquide. La
connectique dite « directe » et la distribution en bus réduit considérablement le câblage et rend
l’équipement plus fiable. Chaque composant constituant le système de refroidissement liquide a été
choisi pour sa durabilité et sa fiabilité à long terme dans des conditions extrêmes.
Fig.17 : Systèmes de distribution de l’Elite 1000
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La distribution électrique :
L’électricité extérieure arrive sur les disjoncteurs principaux de la baie (situées à ses pieds). Après
ceux-ci, les trois phases sont distribuées sur le bus-bar pour alimenter les amplis. Chacun d’eux a son
propre disjoncteur. Tout autre équipement, tels que les Sirius et le caisson de gestion sont alimentés
par une seule phase et possèdent aussi leur propre disjoncteur. Comme précisé auparavant, pour le
monophasé, soit nous le prenons sur une des 3 phases utilisées pour les amplis, soit un nous prenons
un 220V sécurisé par onduleur. Le but de laisser la partie intelligente toujours sous tension même
lors de coupures électrique, est que le temps de remise en service du signal ne soit que de 5
secondes au lieu de 15 minutes.
La distribution pour le système de refroidissement :
Constitué d’une pompe externe avec un réservoir et d’un ventilateur pour extraire l’air chaud, toute
la connectique se situe sur le haut de la baie. L’ensemble est contrôlé par le système de gestion de
l’émetteur.
Le ventilateur souffle depuis le bas de la baie pour évacuer l’air chaud par le haut. Des capteurs de
températures sont présents dans l’ensemble pour contrôler la vitesse du ventilateur. Des
thermostats sont aussi intégrés. Dans un cas comme dans l’autre, si la température devient critique,
la chaine de sécurité coupe l’alimentation des amplis jusqu'à ce que la température retrouve une
valeur normale.
Pour optimiser le temps de changement d’un ampli, Elite dispose de connecteurs automatiques. Il
suffit de clipser l’ampli pour que l’alimentation électrique et la distribution du liquide de
refroidissement soit en place, tel que :
Fig.18 : Systèmes de clips automatique de l’Elite 1000
Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 30 / 120
La distribution des signaux de contrôle:
L’unité de gestion de l’émetteur est le circuit vers lequel sont dirigés tous les signaux de contrôle,
tant pour la gestion interne de l’équipement que pour donner des informations à l’utilisateur via le
panneau de contrôle en face avant.
Il y a deux bus de données principaux, un pour rassembler les données concernant les amplis et
l’autre pour la sécurité de l’émetteur et le contrôler des circuits internes (incluant la gestion des
autres baies en cas d’émetteurs multi-baies).
D’autres données sont collectées et transmissent au panneau de contrôle, telles que celles du Sirius,
de la pompe du liquide de refroidissement et toute la chaine de sécurité de la baie.
Entrées et sorties RF :
Le signal RF fournit par le Sirius est divisé pour entrer dans chaque ampli, il est ensuite, après
amplification, additionné avant d’être filtré puis émit par l’antenne.
II.C.5 La baie Elite 1000
L’Elite 1000 est conçu de manière solide et rigide en acier. Les panneaux extérieurs sont peints. La
structure interne est protégée par une couche de zinc/aluminium qui est plus coûteuse qu’une
simple galvanisation mais qui fournit une meilleure protection contre l’humidité.
II.C.6 La puissance de sortie et les fonctions d’optimisation d’efficacité
Elite possède plusieurs gammes de puissances de sorties, pour chacune sont disponibles des
fonctions d’optimisations via l’IHM en face avant. Ces fonctions « optiphases » fournissent le niveau
exactement attendu et une efficacité exemplaire grâce au(x) :
Réglage de la puissance de sortie de chaque ampli.
Réglage du gain et de la phase du signal de sortie de chaque baie, en système multi-baies.
Changement de tension d’alimentation des amplis pour un meilleur rendement.
Compensations des pertes occasionnées par les défauts d’amplis (contrôle automatique de
gain).
Système de réglage de gain et de phase en entrée de chaque ampli.
Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 31 / 120
Le résultat de l’application de ces fonctions est un ajustement très précis de la puissance de sortie de
l’émetteur et de son adaptation pour un rendement beaucoup plus efficace tout en fournissant la
puissance et la fréquence exactes demandées.
II.C.6.1 Régulation de la puissance de sortie
Elite 1000 possède un algorithme pointu de régulation de puissance. Celui-ci peut pousser les amplis
à puiser dans leurs capacités de réserve. Cette fonction permet de continuer à sortir la puissance
requise même si un ampli est tombé en panne, le but étant que chaque ampli compense la perte de
puissance occasionné.
Description du processus :
L’algorithme de contrôle automatique de gain vérifie les tensions des sondes de chaque ampli et
celle après filtre. Le système prend en compte la tension la plus élevée pour s’asservir (la raison est
simple, si nous prenons sur la plus basse et que l’ampli s’y référant tombe en panne, le système
essayerait d’augmenter la puissance pour revenir à la consigne, ce qui détruirait tous les autres
amplis).
Ce système d’autorégulation a une limite, celle de la puissance maximale de sortie d’un seul ampli.
Par exemple pour un émetteur de capacité de puissance de sortie de 6 kW avec une puissance de
sortie exigée à 3.5kW, il est possible de compenser la perte de puissance occasionnée par un ampli
défectueux, mais si d’autres venaient à tomber en panne, le système sortira la puissance maximale
qu’il peut produire sans mettre en danger les autres amplis. Pour une sécurité supérieure,
l’opérateur peut exiger au maximum une puissance en sortie du Sirius de +2 dB par rapport à la
consigne.
La principale utilisation de cet algorithme est dans le cas où nous avons une grande marge de
puissance entre les caractéristiques de la baie et les exigences du client. Combiné avec un deuxième
Sirius, nous offrons une solution élégante et économique contre toute panne potentielle.
II.C.6.2 Fonctionnement avec un taux d’ondes stationnaires important
L’Elite 1000 peut fournir la puissance de sortie requise jusqu’à un taux d’ondes stationnaires de 1,5.
Si ce taux augmente, la puissance de sortie diminue proportionnellement. Cependant, pour des
raisons de sécurité, la puissance est coupée si l’émetteur réduit sa puissance de sortie en dessous de
6 dB.
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II.C.7 Configuration des différentes gammes d’Elite 1000
* La puissance est calculée après filtre.
Description des différents types de configuration :
SD : Single drive, c’est la configuration de base, avec un seul Sirius dans la baie.
DD : Double drive, signifie que nous sommes en présence d’un émetteur avec deux Sirius et un
caisson de gestion dans la baie.
PR : Passive réserve, signifie que nous avons un duplicata exact de notre émetteur, ces deux ci
peuvent être en SD ou DD.
N+1 : C’est une configuration qui n’a lieux d’être que dans un environnement ou plusieurs émetteurs
sont en activités. Ici nous avons un seul émetteur de secours si l’un d’entre eux tombe en panne.
Voici les différentes configurations imagées :
Fig.19 : Configuration des différentes gammes d’Elite 1000
:
Fig.20 : Configuration double drive d’Elite 1000 :
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Fig.21 : Configuration passive reserve d’Elite 1000 :
Fig.22 : Configuration N+1 d’Elite 1000 :
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II.D Architecture détaillée de l’Elite 1000
II.D.1 Amplificateur de haute puissance avec alimentation intégrée et à
refroidissement liquide
Elite 1000, les points clés de son ampli :
Une conception établie autour du transistor LDMOS.
Petits circuits facilement remplaçables et pré accordés.
Un faible encombrement pour un poids léger.
Protection contre le ROS, la température, le court-circuit et la surtension.
Autodiagnostic et disjoncteur individuel en face avant.
Résiste à un taux d’onde stationnaire de 2,1.
Contrôle permanent via le bus CAN.
Une alimentation intégrée.
II.D.1.1 Amplificateur
L’émetteur Elite 1000 possède un très grand gain (63dB), grâce aux amplis large bande qui couvrent
toute la bande UHF pour l’analogique et le numérique. La puissance nominale d’un ampli est de 460
W rms en numérique (600 W rms pour l’ATSC) et 2 kW pour le pic de synchro analogique. L’ampli
Elite 1000 est le descendant direct de l’éprouvé et très fiable ampli UHF utilisé auparavant par
THOMSON dans les émetteurs analogiques. Cet ampli de dernière génération est plus efficace et
moins couteux que son grand frère, de plus chacun d’eux incorpore son propre système
d’alimentation.
Fig.23 : Ampli Elite 1000 :
Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 35 / 120
L’ampli à haut gain de l’Elite 1000 fonctionne avec les transistors LDMOS qui sont utilisés pour une
amplification de classe AB. La linéarité inhérente à ces transistors et la précision du correcteur
numérique qui lui est associée fait de lui, le composant le plus performant et le plus précis du
marché. Chaque amplificateur a des systèmes de protection contre le ROS, la température, les
surtensions et les courts-circuits.
Les amplis sont facilement accessibles en face avant de la baie, ils peuvent être changés émetteur en
marche. Ces amplis sont plus petits et plus légers que ses concurrents.
Voici ses mesures :
Largeur : 480 mm
Profondeur : 770 mm
Hauteur : 2U, 90 mm
Poids : 24.4 kg
Ils sont montés sur des chariots à roulettes pour faciliter leur manipulation. Thomson peut fournir un
ascenseur pour amplis, il est facultatif mais permet de les insérer et de les enlever sans avoir à le
faire manuellement.
Fig.24 : Schéma-block de l’ampli Elite 1000 :
Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 36 / 120
Les courants de chaque transistor, la puissance de sortie et toutes les alarmes qui sont placées sur
chaque ampli sont transmis au panneau de contrôle de l’émetteur et visibles sur l’écran de
configuration. Ce données sont aussi accessibles par la télécommande (la page web via le serveur
web et/ou SNMP).
II.D.1.2 Interchangeabilité
Pour tous les émetteurs de la gamme Elite 1000 chaque amplificateur peut être complètement
changé. Ainsi en cas de panne, on peut remplacer n’importe quel module sans être un expert. Les
pannes sont très bien expliquées sur le panneau de contrôle et il suffit d’outils simples pour procéder
aux échanges.
Les circuits RF actifs de l’ampli comprennent des plaquettes facilement interchangeables. Ces
palettes (amplificateur de base utilisant deux transistors en classe AB) sont des unités pré-alignées
individuelles et peuvent être remplacées sans inquiétude car cette opération ne nécessite aucun
réajustement de l’ampli après le changement de l’une d’entre elles.
Fig.25 : Vue de derrière de l’ampli Elite 1000 :
Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 37 / 120
L’alimentation électrique de l’ampli peut être retirée facilement et remplacée aussi simplement que
les plaquettes. Les caractéristiques de cet amplificateur, en termes de facilité de changement de
chacun de ses blocks constituants, font que la maintenance journalière est devenue extrêmement
simple et à la portée de tout non-spécialiste qui aurait suivi une formation de seulement 2 jours.
Les sous-ensembles défectueux sont détectés par le
système de gestion. Le statut de chaque sous-ensemble
remplaçable de l'émetteur peut être affiché sur le
panneau de configuration d'émetteur et peut être
contrôlé via les pages Web et/ou SNMP.
Les amplis ont des LEDs en face avant qui facilitent la
recherche de pannes.
Des points de tests sont facilement accessibles sur
chaque point clés de l’ampli. Ils permettent le contrôle
RF et aussi de vérifier le bon fonctionnement de chaque
module.
Les amplis ont trois différentes LEDs de statuts, tels que :
La LED verte (READY) signifie qu’il n’y a aucun défaut apparent.
La LED orange (Alarme) signifie qu’il y a un défaut de maximum 3 transistors et/ou un
ventilateur. Dans ce cas l’ampli sort toujours la puissance.
La LED rouge (Défaut), l’ampli est arrêté, cela signifie qu’il y a soit :
- Un défaut d’alimentation - Pas de signal d’entrée.
- Une température trop élevée - 4 ou plus de transistors défectueux.
Fig.26 : Plaquette basique de l’ampli Elite 1000 :
Fig.27 : LEDs de l’ampli Elite 1000 :
Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 38 / 120
II.D.1.3 L’alimentation électrique intégrée
L’alimentation électrique intégrée de l’ampli est alimentée par les trois phases qui arrivent du bus-
bar. La connexion à ses trois phases se fait lorsqu’on enfiche l’ampli dans la baie.
Dans la configuration mécanique de la baie, la broche de masse est la plus longue car c’est elle qui
doit être branchée en premier, pour éviter tout problème de court-circuit et surtout d’électrisation
des utilisateurs. Même si les disjoncteurs sont présents et actifs, si la masse n’est pas branchée, ils ne
se déclencheront pas.
Cette alimentation intégrée est donc alimentée en triphasée et produit un courant maximum de 165
A à une tension de sortie entre 26 V et 32 V, programmable par pas de 0.5 V. Elle produit aussi une
tension auxiliaire de 5V, majoritairement pour ses circuits logiques.
On peut interfacer tous les types de réseaux triphasés à cette alimentation, c'est-à-dire de 323 V à
538 V et de 47 Hz à 63 Hz. Elle contient aussi un correcteur du facteur de puissance intégré.
Thomson commercialise aussi une version plus réduite, elle fonctionne sur des tensions de 176 V à
276 V et sur la même plage de fréquences (47 Hz à 63 Hz).Dans cette version, un deuxième
correcteur du facteur de puissance est connecté en parallèle au premier. Cette version réduite est
équipée d’un détrompeur qui empêche de l’insérer dans un émetteur à haute tension, pour éviter de
l’endommager.
Petit rappel du facteur de puissance :
Depuis 2001, les standards européens et japonais notamment (IEC1000-3-2) imposent que tous les
nouveaux appareils consommant plus de 75 W doivent comporter une correction du facteur de
puissance pour respecter l'environnement. Ces standards imposent des limites sur le niveau des
courants harmoniques engendrés par un système électrique à son entrée, et plus particulièrement
pour des appareils de classe D (< 600 W) dont les ordinateurs font partis. Ces règles sont très strictes
et les seuils à ne pas dépasser sont définis jusqu'à l'harmonique de rang 39, c'est à dire assez loin
dans la décomposition des signaux (FFT).
Pour satisfaire la norme, il suffit d'être sous les seuils autorisés pour chaque harmonique. Voici par
exemple 3 alimentations de 250 W qui ont été comparées à ce niveau d'exigence :
Fig.28 : Courbes du facteur de puissance
Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 39 / 120
Sans PFC, quasiment tous les courants harmoniques des rangs 3 à 23 dépassent le seuil.
L’alimentation ne sera pas conforme à la norme et ne pourra pas être vendue en Europe. Pour le PFC
passif, l'harmonique 3 est juste sur le seuil demandé, ce qui est suffisant . Pour le PFC actif, il n'y a
aucun problème non plus car tout est très atténué. Nous remarquons que même avec un PFC actif, le
signal contient encore des harmoniques qui déforment le courant car la correction n'est pas parfaite.
Cependant, le taux de distorsion est si faible que l'allure du courant est relativement proche de la
perfection et le facteur de puissance sera proche de 1 (0,99).
Un PFC est donc utilisé comme un système de compensation dans des applications où la tension et le
courant tiré du réseau sont déphasés et/ou déformés.
En ce qui concerne la conception de l’alimentation de l’ampli Elite 1000, c’est un savant mélange
entre la réponse aux exigences électriques et à celles d’un prix bas, ce qui fait d’elle une alimentation
de pointe, avec :
Pas de câblage entre composants. Les connexions sont faites via les circuits imprimés, le Bus-
bar ou les Bus en nappes. Cette conception aboutit à un design plus robuste et plus aisément
reproductible (mieux pour les grandes séries).
Un facteur de puissance excellent de l’ordre de PFC > 0.95.
Un courant de démarrage très faible, de l’ordre d’In = 2A.
La facilité de changement, il suffit simplement de dévisser les vis de fixation et pour ceci,
aucune compétence technique n’est exigée.
Fig.29 : L’alimentation de l’ampli Elite 1000
Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 40 / 120
Cette alimentation est protégée contre :
Les sous-tensions et les surtensions sur l’arrivée principale.
Les surtensions et sur-courants en sortie.
Les dépassements de température.
Elle comprend un correcteur de facteur de puissance suivi d’un convertisseur DC/DC à double sorties.
Ces deux éléments sont synchrones, ce qui permet une réduction des perturbations dans la forme
d’onde et qui réduit par la même, la sollicitation des condensateurs du PFC pour une meilleure durée
de vie et une fiabilité améliorée. Sont aussi utilisés des IGBTs dans le PFC pour fournir une entière
satisfaction aux demandes de plus en plus exigeantes des normes imposées sur nos produits.
L’alimentation est constituée de circuits hybrides qui sont gérées par une unité de traitement de
signaux numériques (DSP). La température des différents composants qui la constituent est
contrôlée et optimisée par le DSP pour qu’ils soient chacun à leur température optimale de
fonctionnement.
Un transformateur de courant est présent dans le transformateur principal, de même une sonde à
effet hall est située dans le circuit de sortie DC, ce qui contribue à sécuriser les circuits et rend plus
performantes les fonctions d’auto-diagnostiques. L’alimentation électrique est reliée au processeur
de gestion de l’ampli dans lequel elle est située. Cette connexion est réalisée via une liaison série, on
peut aussi facilement mettre à jour le programme qui est contenu par le processeur car il est
connecté au panneau de contrôle en face avant de l’émetteur et donc accessible via le web.
II.D.1.4 Conception de l’amplificateur à refroidissement liquide
L’ampli Elite 1000 à refroidissement liquide comprend deux surfaces rectangulaires, une sur laquelle
sont montés tous les composants RF et une autre ou se trouve ceux pour l’alimentation. De plus, un
groupe de ventilateurs permet l’évacuation de l’air chaud en surface, ils ne sont pas directement
connectés à l’ampli.
Deux trous sont placés sur la face arrière de l’ampli pour activer l’alimentation du circuit de
refroidissement liquide dès qu’il est enfiché dans la baie. Sont aussi placés en face arrière de l’ampli,
le courant pour l’alimentation, les entrées RF, les connecteurs de gestion et ceux du BUS CAN.
Le système de refroidissement liquide est très robuste, il a été éprouvé sur le terrain et est utilisé
dans les industries aéronautiques et chimiques. Quant aux autres connexions de la face arrière de
l’ampli, elles ont été étudiées dans le but d’avoir un axe de mobilité qui permettrait d’éviter de les
endommagées si l’ampli a été mal enfiché.
En conclusion, la conception de cet amplificateur a été pensée dans les moindres détails, ce qui fait
de lui l’un des plus performants du marché et le plus adéquat pour l’émetteur Elite 1000.
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II.D.2 Unité de sécurité et carte de gestion de la baie
Les points clés :
Contrôle complet à distance de la baie
via le serveur web ou SNMP.
Contrôle manuel possible via les
boutons présent sur la carte de
gestion.
Cette carte peut être mise ou
débranchée émetteur en marche.
Sur cette carte est aussi inséré un
onduleur pour maintenir sous tension
le(s) Sirius en cas de coupure
d’électricité pour que la baie
redémarre plus vite au rétablissement
du courant.
II.D.2.1 Fonctionnement
La carte de gestion de l’émetteur et l’unité de
sécurité fournissent un contrôle automatique
complet réglable en locale et à distance. Cette
unité possède plusieurs alimentations qui
permettent de remplacer la carte de gestion
sans interrompre la transmission. Les fonctions
principales du contrôle de l’émetteur et de
l’unité de gestion sont :
L’émetteur se protège lui-même contre
tout défaut interne ou externe.
L’émetteur répond aussi bien en local
qu’à distance.
L’exécution des processus qui ont été
déclenchés en local ou à distance.
Fig.30 : Carte de gestion de l’Elite 1000
Fig.31 : Unité de gestion de l’Elite 1000
Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 42 / 120
II.D.2.2 Protection automatique de l’émetteur
La protection automatique de l’émetteur est principalement effectuée par la carte de sécurité.
Toutes les fonctions de sécurité sont constituées en hard et traitées en temps réel pour une
meilleure réactivité ainsi qu’une meilleure fiabilité.
Voici quelques exemples de fautes : température du liquide de refroidissement trop élevée, un
niveau de ROS trop important qui revient de l’antenne, etc…
En fonction des types de fautes il existe deux réactions possibles :
Arrêt immédiat de la transmission ou extinction complète de l’émetteur.
Diminuer le niveau de sortie.
II.D.2.3 Contrôle local ou à distance et les commandes de gestion
L’Elite 1000 est doté d’un ensemble de boutons poussoirs qui sont spécifiques au contrôle manuel.
Nous pouvons allumer ou éteindre les Sirius A et B. Nous pouvons aussi avec l’un d’entre eux enlever
la carte de gestion sans couper la transmission. Un panneau de configuration facultatif avec clavier et
écran permet un contrôle beaucoup plus détaillé de tous les aspects de l’émetteur.
L’émetteur peut être aussi commuté localement ou à distance via le serveur web ou SNMP.
II.D.2.4 Processus opérationnels
La carte de gestion contrôle l’état opérationnel de l’émetteur. C’est grâce au Linux de base embarqué
dans la baie que le système gère les différents éléments via deux bus CAN, CAN1 pour l’équipement
associé au support et CAN0 pour les autres baies. Par exemple le CAN1 transmet à la carte de gestion
les données de chaque ampli et celles de leur alimentation associées. D’autres données émanent de
la carte ou reçues par elle, peuvent être véhiculées sur des supports différents, en voici une photo :
Fig.32: Connectiques de l’unité de gestion de l’Elite 1000
Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 43 / 120
Voici un exemple de ce que pourrait nous retourner le panneau du caisson de gestion.
II.D.2.5 SNMP et page Web
Le protocole SNMP permet la surveillance d’une ou plusieurs baies. On considère chaque émetteur
comme un élément bien distinct appartenant à un réseau, chacun à son adresse IP. L’utilité de ce
protocole est de fournir la capacité de lire des informations de l’émetteur et de lui envoyer des
commandes. De plus, il existe un processus spécial qui envoie automatiquement les informations
dont la gestion à besoin, sans demande du manipulateur. Pour cela il suffit de configurer au préalable
les alarmes qui semblent les plus intéressantes à surveiller.
Fig.33 : Exemple d’affichage du panneau du caisson de gestion d’Elite 1000
Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 44 / 120
Il existe un panel d’environ 300 erreurs, seuls celles qui seront stipulées par le manipulateur seront
affichées sur son moniteur de contrôle.
Les données échangées sont décrites sous la structure MIB, utilisant le langage normalisé ASNI. Cette
structure est enregistrée dans un fichier qui est affiché sur l’écran de monitoring grâce à l’agent
SNMP.
L’émetteur génère un site web auquel nous pouvons accéder via la prise RJ45 présente sur la baie. Ce
site fournit l’accès aux données de l’équipement (qu’elles soient statiques ou dynamiques), autant en
lecture qu’en écriture. L’envoi de commandes est soumis à l'identification de l'opérateur et en
fonction de son statut d'autorisation, elles seront ou non transmises.
Ce site internet est compatible avec tous les navigateurs. La résolution maximale est de 1024 × 768.
De base ce site est disponible en anglais et en français cependant, il existe sous d’autres langues.
Fig.34 : Structure MIB de l’agent SNMP
Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 45 / 120
Voici une image de l’écran de surveillance que l’utilisateur aperçoit :
Les icones présents sur la gauche donnent accès à 6 pages distincts :
Surveillance : Partie utilisée pour avoir accès à l’équipement contrôlant les installations.
Quand elle est sélectionnée, elle occupe le milieu de la page principale.
Commande : Partie utilisée pour accéder aux commandes de l’équipement, par exemple
pour éteindre, allumer ou redémarrer l’émetteur etc…
Configuration : Comme son nom l’indique, elle est utilisée pour configurer l’équipement. Les
paramètres suivants peuvent être modifiables :
o Les paramètres de modulations.
o Les seuils d’ajustement.
o Tout autre paramètre qui n’est pas considéré comme une commande de
l’émetteur.
Journal de bord : Partie qui affiche les éléments qui ont été sauvegardés dans le journal de
bord, il est possible d’archiver et de traiter chacune de ces données.
Fig.35 : Page de supervision typique du site web
Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 46 / 120
Documentation : Nous trouvons ici sous format PDF toute la documentation qui attrait à
l’émetteur, elle est entièrement téléchargeable. Est aussi expliquée toute la partie
informatique de l’émetteur avec quelques tutoriaux pour une bonne utilisation du matériel.
Administration : Utilisée pour configurer les profils utilisateurs et leurs droits d’accès. Nous y
paramétrons aussi les adresses e-mails sur les quelles seront envoyées les alertes et autres
indications pour la maintenance. C’est aussi dans cette partie que nous configurons le réseau
(l’adresse IP de l’équipement, le serveur d’adresse mail, toutes les adresses et les ports
utilisés et l’accès aux différents applications FTP).
II.D.3 Système couplé entièrement isolé
En anglais « Fully Isolated Coupling System », dans le jargon dit « FICS ». En voici ses points clés :
Très haute isolation des amplificateurs.
Connexion rapide et facile des amplis qui se plug directement sur lui.
Aucune contrainte quant à l’emplacement de la charge de balance.
N’est requis qu’une charge de faible capacité.
Charge facilement accessible dans l’émetteur dont l’approvisionnement est simple car elle
est standard.
Possibilité de changer cette charge, émetteur en pleine émission.
Des performances en large bande qui ne sont pas altérées en fonction du nombre d’amplis à
combiner.
Thomson à fait breveter cette architecture flexible, qui permet une configuration optimisée
d’amplis.
II.D.3.1 FICS, sa conception mécanique
La principale qualité du FICS est son aisance à pouvoir s’adapter à toutes les configurations possibles.
Il est envisageable de pouvoir y placer un nombre impaire d’amplis sans que cela occasionne un
problème de symétrie. Ce qui aide considérablement à construire des émetteurs qui fournissent
exactement la puissance voulue.
Ce composant est indispensable pour des émetteurs qui ont une puissance de sortie très élevée. Le
FICS permet de combiner les signaux de très hautes puissances qui sortent de chacune des baies,
sans perdre ses aptitudes en large bande.
Ci-après voici une photo représentant ce dispositif :
Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 47 / 120
II.D.3.2 FICS, sa schématique
L’émetteur Elite 1000 utilise un système de couplage à large bande qui fournit le meilleur compromis
du marché entre les performances d’isolation et de couplage dans les bandes UHF et VHF. Ce
système breveté par Thomson est une exclusivité, il n’est utilisé que par nous.
Fig.36 : FICS à 12 entrées
Fig.37 : Diagramme block du FICS
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L’excellente isolation des entrées larges bandes du FICS provient en majeur partie de ses coupleurs
3dB. Cette performance large bande est aidée par le fait qu’il n’existe pas de contrainte de
placement de charge, ce qui permet l’utilisation d’un combineur N-voies tout en obtenant une
réponse très plate dans les bandes VHF et UHF.
II.D.3.3 Les charges de balance
Ces charges sont disposées sur une plaque de refroidissement liquide, telles que :
Ces charges sont facilement accessibles et peuvent être remplacées par des simples résistances 50Ω
en cas d’urgence. Tout ceci s’effectue aussi émetteur en marche.
Fig.38 : Deux charges de balance montées sur une plaque de refroidissement liquide
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II.E Le Sirius (émetteur de base, autrement appelé EMB)
Le Sirius est l’élément clé de la transmission numérique TNT.
La qualité du codage et de la modulation est très importante en ce qui concerne le DVB-T/H. C’est
dans l’optique de répondre le mieux possible aux besoins de ces types de transmission qu’a été
conçu le Sirius, il est néanmoins flexible sur un certain nombre de paramètres ce qui le rend vraiment
très performant. Cet EMB respect à la lettre les critères imposés et détient donc les options de bases
mais, pour une meilleure convivialité avec l’utilisateur, un certain nombre d’autres options lui ont été
ajoutées pour faire de lui le produit le plus concurrentiel du marché.
Ainsi l’accent a été placé sur la facilité d’usage de l’interface, ce qui rend plus simple la manipulation
des réseaux de distribution du signal et assure une couverture maximale de celui-ci pour un prix
minimal.
Bien que le signal de TV pour DVB-T/H soit encodé d'une façon très robuste, en COFDM (Coded
Orthogonal Frequency Division Multiplexing) il subit tout de même les altérations traditionnelles et
les déficiences connues de la TV analogique.
Il existe évidemment quelques paramètres que nous pouvons régler pour solutionner tout problème
comme le facteur de bruit, l’intermodulation ou encore la non-linéarité. Tout ceci est beaucoup plus
simple à calibrer si les performances du COFDM sont optimales. C’est pour cette raison que l’axe
principal de développement du Sirius a été porté sur sa fiabilité coté analogique, ce qui le rend très
fiable et assurément le meilleur du marché.
Fig.39 : Sirius
Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 50 / 120
II.E.1 Applications
Le Sirius a été conçu pour répondre au besoin de la DTV (Digital TV), c'est-à-dire, le codage de canal
et la modulation. L'excitateur, qui suit la norme DVB-T ETS 300.744 V.1.5.1 (avec le complément DVB-
H), fournit les fonctions de base pour traiter un flux MPEG et convertir les données résultantes en
modulation COFDM.
Le Sirius est doté d’un système d’exploitation Linux embarqué qui permet de gérer efficacement
l’intégralité de l’EMB. Grâce à lui, il est possible d’émettre en MFN ou SFN.
L’application première est la transmission du signal par ondes hertziennes, c’est donc sur les
performances de transmissions qu’ont été portés les principaux axes de développement. Le signal
COFDM cause aussi problème en termes de fréquences et d’amplitudes, ils se cumulent au
comportement non-linéaire des amplis de puissances et à l’interférence des canaux adjacents, ce qui
créé un certain nombre d’obstacles non négligeables pour produire un signal de sortie qui
correspond aux exigences requises par les récepteurs. Etant doté d’un correcteur de non linéarité
(NLC Non-linear correction) et d’un correcteur linéaire (ALE Automatic Linear Equalizer), le signal de
sortie peut être traité de façon à couvrir une zone maximale à une puissance de sortie donnée. De
plus un pré correcteur adaptatif linéaire est implémenté pour corriger les éventuelles déformations
occasionnées par le filtre de sortie.
II.E.2 Description du système
La figure ci-après représente le diagramme bloc du Sirius, illustrant la mise en œuvre du principe
DVB-T/H.
Les entrées transportent un flux MPEG portant des informations sur le contenu du programme, le
nombre de programmes et les données qui y sont attachées. Le format MPEG est conforme au
standard ASI (Asynchronous Serial Interface).
Avant de moduler le signal, un lourd procédé de correction d’erreurs et d’entrelacement divers est
appliqué. Grâce à ces processus les récepteurs pourront récupérer l’intégralité de l’information
même si le signal est vraiment altéré.
L'étape de modulation est définie comme un excitateur OFDM. Un certain nombre de porteuses sont
modulées avec le signal numérique, chacune est responsable du bon acheminement des parcelles
d’information qui leurs sont affectées, tout ceci en étant modifié par les différents procédés cités ci-
dessus. Chaque porteuse peut être modulée en QPSK, 16 QAM ou 64 QAM. Ces trois modulations
sont supportées, le système "2Ko" utilise 1705 porteuses, le "4Ko", 3409 porteuses et le "8Ko" utilise
6817 porteuses. La largeur de bande est définie par le système et indique ainsi les pas de fréquence
entre les porteuses.
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Fig.40 : Première partie du schéma block du Sirius
Partie dont je m’occupe
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Fig.41 : Deuxième partie du schéma block du Sirius
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De manière plus succincte, voici une présentation des fonctions détaillées du Sirius :
Comme nous pouvons le voir sur le schéma ci-avant, un Sirius se décompose en 3
fonctions principales :
La modulation numérique
Le signal d’entrée est de forme MPEG. Il est d’abord codé suivant différents procédés qui vont le
rendre plus robuste face aux perturbations. Ensuite il est modulé en fonction du standard. En sortie
du bloc, nous retrouvons le signal modulé divisé en deux, mathématiquement parlant, nous traitons
le signal sous forme complexe : Q correspond à la partie Réelle et I à la partie imaginaire. Si nous
faisons le diagramme des constellations du signal, nous obtenons ceci, pour une modulation 64
QAM :
I
Q
Fig.42 : Synoptique de base du Sirius
Fig.43 : Constellation 64QAM fournit en sortie de Sirius
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Chaque point correspond à un symbole. Nous pouvons voir sur ce relevé que le signal est très peu
bruité car la mesure est effectuée directement en sortie de l’EMB.
Le traitement de signal gère les différentes fonctions suivantes :
la transposition en Fi (fréquence intermédiaire) égale à 27,5 MHz,
Le Contrôle Automatique de Gain (CAG) via une tension mesurée sur les amplificateurs.
La Correction Non-Linéaire (NLC) qui permet de corriger le défaut de non linéarité des amplis
en générant une non-linéarité inverse.
La correction linéaire (ALE) pour améliorer la bande qui est détériorée par le filtre de sortie
(en option) mais aussi par certains défauts de l’émetteur.
le convertisseur, effectue les conversions montantes (UP), c’est à dire sortantes, en
transposant la Fi en RF (Haute fréquence) à la fréquence du canal, mais elle fait aussi les
conversions descendantes (DOWN) c’est-à-dire entrantes pour qu’elles puissent être
interprétées par le traitement de signal (transposition RF vers Fi). Nous l’appelons
convertisseur complexe car il fait une conversion des complexes vers une forme dite
naturelle.
Voici une photo intérieure du Sirius :
Fig.44 : Vue interne du Sirius
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On y trouve :
Le synthétiseur est principalement constitué d’un oscillateur à quartz de type OCXO, il s’agit
d’une technique utilisée pour éviter les changements de température qui affectent la
fréquence de résonance d’un quartz piézoélectrique. Nous plaçons le quartz à une
température bien au-dessus de la température de son environnement de fonctionnement,
environ à 80°C. Dans notre cas, ceci améliore la stabilité du quartz en fréquence. Il est plus
précis et nous pouvons changer sa fréquence d’oscillation. L’oscillateur est placé dans une
boucle à verrouillage de phase qui va permettre de l’asservir.
La carte TX qui est celle qui créé les deux fréquences Q et I avant la modulation QAM 64.
La carte la plus grande (cadre vert) est la « carte Digital » : elle gère toute la fonction
modulation. Pour cela, elle utilise un Power PC avec linux embarqué mais aussi un FPGA car
beaucoup plus modulable qu’un microcontrôleur.
La carte TS (cadre violet) où se situe le traitement de signal (CAG, NLC…) ici c’est aussi un
FPGA qui s’en charge.
La dernière carte est la TC/TS : c’est une interface pour véhiculer certaines informations
entre l’émetteur et la gestion.
Les langages de programmation utilisés sont :
Le VHDL pour les FPGA,
Le Java et html pour l’interface web,
Le reste est programmé en C et C++.
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II.F Les défis de l’EXC3G
Le green power :
Nous travaillons sur la nouvelle gamme d'émetteur de télévision Green Power nommée « Elite ».
Ces émetteurs UHF disposent de la technologie LDMOS 50-V, ce qui permet une hausse de 96KW en
DVB pour une économie d’énergie de 15% par rapport à son prédécesseur.
En utilisant la précorrection adaptative numérique en temps réel (le DAP), cette gamme d’émetteurs
fournit une efficacité de transmission de pointe, avec une puissance de production optimisée et une
qualité du signal exemplaire.
Grâce au design hot-swappable de cette gamme green power, l’opérateur peut facilement
augmenter sa puissance d’amplification, il peut aussi effectuer la maintenance de son émetteur tout
en le laissant actif et cela sans consommation supplémentaire d’énergie. Les concepts optiphase et
optigain et le système de gestion d’alimentation automatique qui sont incorporés, garantissent une
consommation minimale pour des performances optimales.
Depuis les premières heures de la radiodiffusion, le nom de Thomson a été synonyme d’expertise et
d’innovation au plus haut niveau. Associé et éprouvé par les leaders mondiaux de la diffusion,
Thomson a ouvert la voie dans beaucoup de domaines qui ont formé l’industrie. Les innovations
principales sont la précorrection adaptative numérique (DAP), la radio numérique mondiale (DRM) et
la radiodiffusion numérique (TAMPONNE). Récompensé de multiple fois aux Emmy awards, Thomson
a à son actif plus de 50 brevets sur des technologies devenus fondamentales pour la radiodiffusion.
Thomson Broadcast construit sur ce grand héritage et avec un grand nombre de leaders du marché
des produits pour la télévision terrestre et la radiodiffusion. Avec plus de 50 000 systèmes de
transmission actifs dans le monde et une présence de support interplanétaire, Thomson Broadcast a
forgé des technologies pour l’avenir, avec des initiatives comme Green power innovator.
Les innovations de l’EXC3G:
Nouveaux types d’amplification
Compatible avec la technologie DVBT-2
Dans un seul rack sera présent deux émetteurs de base
Traitement du flux vidéo sous IP
Un nouveau design épuré avec retrait des composants obsolètes et une conception orientée
autour des composants programmables pour éviter le plus possible les composants
analogiques et donc réduire considérablement les pannes. En compactant le plus grand
nombres de fonctions dans un FPGA il nous est aussi plus simple de mettre à jour l’émetteur.
Le découpage fonctionnel est plus ergonomique, on utilise une carte par fonction.
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II.F.1 EMB de l’EXC3G
Voici le schéma block du nouvel EMB. La figure ci-après résume les différentes fonctions d’un
émetteur :
FIG.45 : Synoptique d’un émetteur de base
Un émetteur est un système complexe associant de nombreux éléments comportant toutes les
grandes thématiques de l’électronique comme : l’électronique RF, les systèmes intégrés numériques
(FPGA, CPLD, DSP, µcontrôlleur), l’électronique analogique, l’électronique de puissance et
l’informatique.
Suite à la compréhension du système actuel, il m’a été demandé d’élaborer la carte GPS qui s’insère
dans le projet EXC3G (Exciter 3ème
génération), en voici quelques vues 3D :
Fig.46 : Vue de la face avant de l’EXC3G
Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 58 / 120
L’EMB a donc changé conceptuellement, maintenant il y a une carte mère qui ne sert qu’à connecter
les autres cartes les unes aux autres.
Chacune d’elles représente une fonction, par exemple, la carte UP et la carte DOWN, qui sont
séparées alors que dans l’ancienne version, elles étaient réunies dans le même support. Dans ce
nouvel émetteur de base on a aussi fait une seule carte de la partie réception GPS et génération des
différentes horloges de l’EMB, que nous appelons la carte GPS. Les autres cartes sont comme la
mienne, en conception, donc je n’en ferai pas mention par la suite.
II.F.2 Description du projet
Après avoir Conçu les partie analogiques des cartes UP et DOWN, mon maître d’apprentissage m’a
confié la mission de réaliser intégralement la carte GPS.
En premier lieu, j’ai dû comprendre l’intérêt de cette carte :
Fig.47 : Vue interne de l’EXC3G
Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 59 / 120
Selon les endroits où seront installés les émetteurs, ils auront besoin d’être soit en MFN, soit en SFN.
Pour comprendre ces deux concepts, le Multi Frequency Network et Simple Frequency Network, il
faut avoir en tête ce schéma de disposition géographique des différents émetteurs sur un même
territoire :
Premièrement nous ne maitrisons pas au mètre près le cercle d’émission de nos appareils et
deuxièmement, il serait trop complexe de réussir à ce que chaque zone soit juste à côté l’une de
l’autre sans se toucher tout en recouvrant toute la surface.
Ici le schéma représente une zone d’émetteur en MFN, ce qui implique, que chacun émet sur une
fréquence différente et que donc aucun n’interfère son ou ses voisins.
Par contre de ce cas nous sommes en SFN :
Fig.48 : Schéma du chevauchement des rayons d’émission des émetteurs en MFN
Fig.49 : Schéma du chevauchement des rayons d’émission des émetteurs en SFN
Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 60 / 120
Le SFN est la solution la plus largement utilisée, elle permet d’éviter de prendre trop de place sur les
bandes de fréquences allouées à la télé. C’est aussi plus simple pour les diffuseurs et cela permet
aussi d’éviter de calibrer souvent les appareils qui reçoivent ces ondes.
Le vrai inconvénient de cette solution est que chacun doit émettre exactement en même temps car si
un déphase est présent, même infime, le signal sera altéré fortement dans les zones de
chevauchement.
Pour éviter quelconque déphase, une solution existe, il faut que chaque émetteur soit asservie par la
même fréquence, mais comment faire ?
C’est simple, un satellite envoie à tous un signal GPS sur lequel ils peuvent s’asservir. D’où la
nécessité de cette fameuse carte GPS.
Après avoir assimilé les enjeux de cette carte, on m’a confié la mission de l’élaborer…
Au commencement, j’ai dû établir un cahier des charges en fonction des différentes spécificités
demandées. Tout d’abord j’ai réalisé simplement ce schéma qui spécifiait les entrées et les sorties
dont nous avons besoin :
Il faut savoir que selon l’endroit où l’émetteur sera installé, il y aura peut-être déjà sur place les trois
signaux suivants, le 10Mhz externe, 1PPS externe et UTC externe. Certains diffuseurs préfèrent
utiliser leur propre récepteur GPS car ils le considèrent plus performant que celui que nous
implémentons dans notre système.
C’est à la suite de ceci que le vrai travail d’étude et de réalisation a eu lieu.
Fig.50 : Schéma de base de la carte GPS
Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 61 / 120
PARTIE III
Etudes et Réalisations
Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 62 / 120
III.A Conception des différentes fonctions
III.A.1 Elaboration de base des fonctions principales
Comme mentionné précédemment, j’ai plusieurs entrées possibles mais je dois toujours obtenir les
deux signaux suivant en sortie :
Le 10Mhz
Le 1PPS
Plusieurs cas de figures s’offrent à moi au niveau des entrées, mais nous n’utiliserons qu’une source
pour s’asservir, les voici dans l’ordre où nous les utiliserons en fonction de leur disponibilité :
Le 10Mhz d’entrée car il est toujours plus simple de s’asservir analogiquement sur un signal,
si nous avons déjà le 10Mhz nous ne devons donc pas le reconstituer avec d’autres signaux,
c’est une fiabilité supplémentaire.
Ensuite nous choisirons le 1PPS d’entrée, si le 10Mhz est absent. Nous devons nous asservir
numériquement sur lui pour produire un 10Mhz de sortie.
Le signal GPS externe, c’est la solution la plus complexe qui vise à décrypter les signaux reçus
par satellite pour engendrer un 1PPS.
C’est en sachant ceci que j’ai pu songer à élaborer les fonctions principales de mon projet. Je ne
décrirai pas en profondeur toutes les étapes par lesquelles je suis passé pour obtenir ces fonctions.
Le fil de ma pensée a été de réussir à subdiviser chaque block de plus en plus, jusqu'à obtenir des
fonctions que je pouvais transformer en schéma électrique.
En premier lieu, j’ai tenté de faire un schéma complet, sur lequel apparaîtraient toutes les fonctions
principales, j’ai considéré que le FPGA était une fonction principale, même s’il en contient un certain
nombre.
C’est seulement par la suite que j’ai approfondi les fonctions principales, qui se résument aux
nombre de 5 et qui sont les suivantes :
Inputs management
Outputs Management
PLL
Power supply
FPGA
Ci-après le schéma complet des différentes fonctions principales de la carte GPS :
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rf_gps_1
1 pps
gps_1pps
spartan
xc3s200 AN
4FTG256C
bga 17*17mm²
195 IO
1 pps_ext_in
jtag
usb
eeprom 1K
octet
1 pps_ext_out
gps_IT
gps1_rs232_rx
gps1_rs232 _tx
rx_tsip
tx_tsip
rx_nmea
tx_nmea
GPS
receiver
LVTTL
reset_dsp
reset_prog_fpga
gps_10M_status
vcom_pll
TTL / 50ohms
rs232 gps externe
tx_nmea or tx_tsip
rx_nmea or rx_tsip
gps_data(7..0)
TTL
gps_1pps
gps_1pps
gps_dat_fpif(1..0)
amp
G=3.3
loop filter
amp
phase
comp
select_vcom_pll
0 to 10V
2Vpp
-10 to +10 dBm
0 to 3V
lowpass
filter
LVPECL or LVTTL
max4644
hmc439
5V
100mA
0 to 5V
Power supply management
gps_10Mhz
gps_10Mhz
gps_10Mhz
gps_10Mhz
gps_10Mhz
gps_10Mhz
10 dBm
ocxo
dual
footprint
jumbostar
FB 108 A
10
(250mA
12V)
ocx0vt_br
1_bv5
(110mA
+5V)
3dBm
0dBm
hcmos
Outputs management
10 Mhz_ext_in
10 Mhz_ext_out
13 dBm +/- 2dB
Att+6dB
filter
Att+6dB
amp
select_10Mhz_out
-10 to
+10
dBm
10Mhz input management
Fig.51 : Schéma block de base de la carte GPS
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Sur ce schéma j’ai voulu faire paraitre plusieurs choses, tels que :
Les différents niveaux de puissance, en dBm, à plusieurs endroits clés dont, en entrée et en
sortie de certaines fonctions principales, dans l’idée de répondre le mieux possible au cahier
des charges établi au préalable.
Les différents niveaux de tension, ici c’est plus dans l’idée de correspondre aux exigences des
composants que nous sommes sûrs d’utiliser.
Une esquisse des différents signaux qui transiteront au travers du FPGA.
Nommer déjà les composants que nous sommes sûrs d’utiliser par la suite, même s’ils
changeront peut être par la suite.
III.A.2 Choix des différents composants
En ce qui concerne le choix des différents composants, j’avais en tête les niveaux de puissances
exigés à certains endroits et certaines fonctionnalités qui seraient vraiment appréciables, comme par
exemple, de pouvoir éteindre quelques amplis via le FPGA.
Il est aussi question de connaitre les impédances d’entrées et de sorties pour que tout le système
soit bien adapté. Etant en haute fréquence, nous nous adaptons sur 50 ohms.
Je ne rentrerai pas dans les détails en ce qui concerne le choix de chaque composant, même si c’est
l’opération qui m’a pris le plus de temps dans mon projet. Ce n’est cependant, vraiment pas la partie
la plus intéressante.
Ma démarche était de définir mon besoin en terme de fonction, comme :
Amplifier.
Un interrupteur commandé par le FPGA.
Un régulateur spécifique.
Un convertisseur DC/DC précis.
Un filtre.
Un comparateur de phase.
Un OCXO.
Un convertisseur de forme d’onde (sinus en carrée ou inversement).
Un driver de ligne (contre l’électricité statique).
Lorsque j’avais identifié mon besoin, je regardais déjà sur l’ancien schéma pour savoir quel
composant était utilisé, si tant est qu’il y en ait un qui fasse la fonction demandée. J’allais ensuite, sur
ces différents sites pour essayer de trouver mieux en terme de performance, de prix, d’ergonomie et
de consommation :
Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 65 / 120
Analog Device
Avnet
AVX
Digikey
Farnel
Futurelectronics
Hittite
Maxim
Seuls les sites en gras sont des fournisseurs, ceux avec qui nous pouvons discuter des prix ou d’autres
modalités. A chaque composant que je sélectionnais, il fallait être sûr qu’il réponde, premièrement,
au besoin défini au préalable, deuxièmement, qu’il ne soit pas en cours d’obsolescence ou en fin de
vie. En prévoyant des pannes, d’ici 5 à 10 ans, il ne faut pas que les composants que nous utilisons à
l’heure actuelle soient obsolètes et qu’ils ne soient plus produits par les fabricants d’ici 5 ans. Le
calcul est simple, lorsque nous lançons un produit tel que l’EXC3G, nous pensons le commercialiser
entre 10 à 15 ans, selon les pays, sachant que nous proposons des garanties de 10 ans, il faudrait
pouvoir être sûr d’être capable de fabriquer certaines cartes environ 25 ans après leurs premières
industrialisation. C’est la raison pour laquelle nous sommes très minutieux sur les cours
d’obsolescence.
Dans mon choix, entrait en ligne de compte le prix. A plusieurs reprises, j’ai dû abandonner l’idée de
prendre tel ou tel composant, car il était excessivement coûteux par rapport à l’importance qu’il
avait au sein de mon projet. Généralement, les surprises que j’avais en termes de prix étaient
toujours justifiées par un surdimensionnement des capacités du composant par rapport à celles
demandées. Il est très difficile de trouver le composant qui réalise exactement la fonction souhaitée
et avec exactement les mêmes caractéristiques que celles dont nous avons besoin. A chaque choix de
composant, j’ai dû faire un compromis. Je me suis rendu compte que naturellement, les composants
qui existaient chez les fournisseurs, sont ceux les plus demandés par les fabricants d’électronique et
par la même, j’ai compris que notre secteur d’activité est très petit et donc peu de composants
étaient exactement adaptés à ma demande.
En terme d’économie et pour une simplicité de maintenance, j’ai aussi dû utiliser le plus de fois
possible les même composants pour des fonctions différentes. Même si au sein de Thomson nous
avons des spécialistes qui s’occupent des cours d’obsolescence, nous ne pouvons jamais être sûrs à
100% que chaque composant que nous avons choisi sera encore fourni d’ici 10 à 15 ans. Donc pour
éviter certains problèmes d’approvisionnement, on essaye d’avoir le moins possible d’analogique
dans nos cartes, en sachant que l’idéal serait que tout tienne dans un FPGA, mais comme c’est
Miteq
Murata
National instrument
On semiconductor
Radiospare
Synergy
Miniciruit
Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 66 / 120
impossible, nous faisons en sorte de réduire au minimum le nombre de composants différents. Une
nomenclature allégée permet aussi de réduire les coûts d’approvisionnement, car nous achetons en
plus grosse quantité.
Il existe un gros paramètre à prendre en compte encore, celui de la tension d’alimentation, nous
essayons de réduire le nombre de tensions d’alimentations différentes au minimum. C’est encore
une fois pour des raisons pécuniaires car moins de tensions différentes on a à fournir, moins de
convertisseur DC/DC ou régulateur on aura besoin.
J’ai aussi dû prendre en compte les délais d’approvisionnement, car pour certain composants je
devais attendre 30 semaines ! Ce qui n’était pas envisageable selon mes plannings. En plus des délais
j’ai aussi dû jouer avec le nombre minimum d’unités à acheter par commande, parfois nous ne
pouvons pas acheter moins de 50 000 fois le même composant, ce qui encore une fois n’était pas
envisageable…
Tous ces paramètres pris en compte restreignaient fortement le nombre de composants qui
correspondaient aux critères et au final pour une même fonctionnalité, je devais avoir le choix, au
maximum entre 2 ou 3 composants qui remplissaient toutes les exigences. Bien souvent, je ne
réussissais à trouver qu’un seul composant idéal. Dans plusieurs cas de figures, j’ai dû adapter mes
exigences au composant qui répondait le plus à ma demande. Je répercutais sur d’autres éléments
les performances qui me manquaient sur le composant que j’avais été obligé de choisir.
Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 67 / 120
III.A.3 Fonction 10Mhz Input management
Par la suite j’ai approfondi mes recherches pour obtenir des fonctions principales plus détaillées.
Voici le schéma de la fonction 10Mhz Input Management :
-3dB
filter
-1dB
-6dB comp phase
HMC439
13dBm
13dBm
2.8Vpp
50 ohms
500
50 ohms
5.6Vpp
3dBm
0dBm
6dB
2.8Vpp
3dBm 2.5dBm
-2.5dB
3dBm
2.5dBm
0.84Vpp
adg904
adg901
off
1.4Vpp
500
6dB
6dB
filter
-1.5dB
0.7Vpp
LMH6733
+/-5V
2.5V
2.5V
conso +/-5V
supply 6mA*3=18mA
signal 23mA*1=23mA
+5V 100mA comp_phase
100U
LMH6733 = 1* 5.0E
Adg901 = 1* 1.4 E
Adg904 = 1 * 2.2 E
HMC439 = 1* 13 E
MC100EPT21= 1* 6E
------------------------------
28 Euro 100U
mc100ept21
60mW
+3V3A
to fpga for detection
att
Ici nous voyons apparaitre beaucoup de noms de composants tels que le triple ampli LMH6733 de
chez National Semiconductor, les switchs ADG901 et ADG904 de chez Analog Device et le
MC100ept21 de chez On Semiconductor. Nous ne nous occuperons pas ici du HMC439 qui est un
phase frequency detector de chez Hittite.
Fig.52 : Schéma de la fonction Input management de la carte GPS
Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 68 / 120
On remarque aussi à gauche, que j’ai calculé le prix de revient de cette fonction pour des
commandes de 100 composants de chaque catégorie.
A droite j’ai aussi effectué un calcul préalable de la consommation de cette fonction.
Le but de cette fonction est de :
Pouvoir choisir le 10Mhz que nous voulons en sortie, entre celui d’entrée et celui après
asservissement.
Sortir un 10Mhz au niveau requis, ici 13dBm +/- 2dB.
Fournir au comparateur de phase (phase frequency detector) un 10Mhz purifier et au niveau
de puissance attendu.
Nous avons ajouté une autre fonction, pour économiser de l’énergie et fiabiliser le système, lorsque
nous sélectionnons le 10Mhz d’entrée à remettre en sortie, cela implique que nous ne n’utiliserons
pas la partie d’asservissement de fréquence, donc nous avons placé un Switch qui permet d’isoler le
phase frequency detector.
Nous utilisons le MC100EPT21 simplement dans l’optique d’avoir une vérification au sein du FPGA
qui vise à déterminer la présence d’un signal qui oscille assez précisément à 10Mhz. C’est par
expérience que nous savons qu’il faut une alerte sur l’IHM qui exprime le fait que le 10Mhz d’entrée
est défectueux. L’erreur la plus fréquente sur le site d’émission, est que le client oubli de brancher le
câble sur le Sirius, il est donc impossible pour l’EMB de s’asservir dessus.
J’ai dû élaborer les filtres en fonctions du gabarit qui m’était imposé, pour éviter les calculs
fastidieux, j’ai utilisé un logiciel de simulation de filtre renommé, aujourd’hui il appartient à
d’Agilent :
Voici la réponse des deux filtres présents au sein de cette fonction :
Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 69 / 120
En rouge c’est la courbe de gain du filtre, en bleu la courbe d’isolation
En travaillant avec Eagleware j’ai donc obtenu le filtre suivant :
J’ai évidemment paramétré les composants à la main pour qu’ils aient des valeurs normalisées.
Fig.53 : Réponse des filtres de la fonction 10Mhz input management
Fig.54 : Schéma des filtres de la fonction 10Mhz input management
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  • 1. Rapport du projet industriel ENSEA – ITI Présenté dans le cadre de l’obtention du Diplôme d’ingénieur ENSEA ITI spécialité électronique et Informatique Industrielle Etude et Réalisation de la carte GPS Pour le futur émetteur d’ondes vidéo (EXC3G) Bruno BARTOLI, Cergy le 6 juin 2011 Ecole Nationale Supérieure de l’Electronique et ses Applications 6, Avenue du Ponceau 95000 CERGY Tuteur Pédagogique : Mme. Sabouraud-Muller enseignante ENSEA THOMSON Grass Valley France SA DED Service Traitement Numérique 1, rue de l’Hautil 78702 Conflans-Sainte-Honorine Tuteur Industriel : M. Martineau ingénieur chef de projet R&D
  • 2. Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 1 / 120 Confidentialité Le sujet qui est traité au sein de ce document, bien qu’il ne soit pas classé sous secret défense, n’est destiné qu’aux personnes devant statuer de son contenu. Le projet EXC-3G fait partie du programme de modernisation des émetteurs de TNT au sein de THOMSON. En effet nous parlons ici de quelques points essentiels des différents systèmes qui constituent ce produit. Merci de respecter cette requête.
  • 3. Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 2 / 120 Résumé Dans le cadre du programme de l’EXC-3G (exciter de 3ème génération) qui vise à être compatible avec tous les nouveaux standards d’émission d’ondes TV du type DVB-T2, ISDB-T ou encore SBTVD-T, nous avons pris en compte le paramètre écologique avec le souci permanent d’économie d’énergie. Ce projet est aussi une avancée technologique sur le plan de la miniaturisation et de la transformation d’un certain nombre de fonctions analogiques en numériques. Je suis intégré au sein du service transmission Radio & TV basé à Conflans sainte Honorine (78) depuis septembre 2008. Tous mes travaux jusqu’à lors ont été orientés sur ce projet. J’ai développé du code VHDL pour faire du calcul complexe sans avoir besoin d’un microcontrôleur embarqué dans le FPGA, j’ai aussi établie les schémas électriques de deux cartes qui intègrent la plateforme EXC-3G. Le travail effectué pour le projet industriel de l’ENSEA porte sur l’étude et le développement d’une carte dans son intégralité ; de la rédaction de son cahier des charges en passant par le découpage fonctionnel pour aboutir au schéma électrique puis son lancement en production, le développement de tout le code VHDL nécessaire au pilotage de celle-ci et l’élaboration d’une interface java pour la piloter via un port USB par un ordinateur. Cette carte, intitulée « carte GPS », régie le bon fonctionnement de toutes les autres présentes dans l’EXC-3G. C’est elle qui asservit les horloges qui seront fournies à chaque carte de l’émetteur. Elle reçoit de l’extérieur un signal RF GPS qui, en étant démodulé en interne fournira les signaux attendus. L’avancée technologique des systèmes numériques intégrés a permis de réduire considérablement l’encombrement et de simplifier la vision macroscopique sans pour autant réduire la complexité de fonctionnement. Les composants reconfigurables permettent d’accélérer les temps de développement du fait que l’architecture hardware peut être modifiée en temps réel via des descriptions textuelles avec VHDL ou Verilog. Les FPGAs sont particulièrement efficaces pour effectuer des traitements en parallèle et permettre ainsi une efficacité optimale des temps de traitement. Comme une évidence, le nouveau système s’articule autour d’un composant reconfigurable type FPGA pour condenser au sein d’un même circuit les fonctions à réaliser et obtenir une souplesse de développement nécessaire à la validation d’un prototype. Dans un premier temps, le travail fût de comprendre le fonctionnement de la carte GPS actuellement en service sur tous les Sirius (exciter de 2ème génération) ceci dans le but d’établir un premier découpage fonctionnel du système à développer. Après cette première étude, la phase de conception du prototype ainsi que la rédaction des spécifications techniques à respecter prennent place. La conception comprend une étude fonctionnelle détaillée avec à l’appui une proposition de l’architecture à mettre en place, une étude électrique pour la réalisation du schéma et de la nomenclature, la mise en fabrication du circuit après validation, puis à la réception du circuit la phase de testabilité. Ensuite, il y a le développement du code VHDL pour le FPGA et du code java pour l’IHM afin de s’assurer de l’opérabilité de la carte. Enfin le développement de la partie PLL numérique en VHDL à étudier sous MATLAB.
  • 4. Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 3 / 120 Abstract In the EXC-3G program which aims at being compatible with the new TV waves broadcast standards like DVB-T2, ISDB-T or SBTVD-T, we took into account the ecological parameter with the permanent concern of energy saving. This project also makes headway with miniaturization and conversion of some analogical function to numerical. I am part of the RADIO AND TV transmission service based in Conflans Sainte Honorine ( 78 ) since September, 2008. The entire job that I have done so far has been oriented on this project. I have developed VHDL code to make complex calculation without needing an embarked microcontroller into the FPGA. I have also established the electric plans of two electronic boards which integrate the EXC-3G platform. The work made for the ENSEA industrial project concerns the study and the development of a board in its entirety. I have started to write down its specifications through the functional split to end with the electric plan. Then, I have launched the production, the development of the entirely VHDL code necessary for the piloting of this board and the elaboration of an interface that I made with Java to pilot it via an USB port by a computer. This board, entitled "GPS board", governed the well- functioning of all the others, located into the EXC-3G. This board controls the clocks which will be provided to each board of the transmitter. It receives from outside a RF GPS signal which, by being demodulated inside will supply the expected signals. The technological headway of the integrated digital systems permitted to reduce considerably the cluttering and simplify the macroscopic vision without reducing the complexity of functioning. Reconfigurable components allow accelerating time of development by the fact that hardware structures can be modified in real time via textual descriptions with VHDL or Verilog. FPGAs are particularly effective to make parallel treatments and also allow an optimal efficiency of processing times. As evidence, the new system hinges on a reconfigurable component of FPGA type to condense within the same circuit the functions to realize and to obtain a flexibility of the development, required for the validation of a prototype. Firstly, the task was to understand the working of the GPS board which is currently in operation on all Sirius (2nd generation exciter) with the aim of establishing a first functional split of the developing system. After this primary study, the phase of conception of the prototype as well as the writing of the technical specifications that must be respected takes place. The conception includes a detailed functional study with the support of an architectural proposition that must be set up, an electric study for the realization of the plan and the asset code, the production of the circuit after validation, then after reception of the circuit, there is the phase of testability. Then, there is the development of the VHDL code for the FPGA and the Java code for the IHM to make sure of the board operability. Finally the development of the digital PLL part in VHDL studied under MATLAB.
  • 5. Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 4 / 120 Remerciements Je tiens tout d’abord à remercier mon tuteur industriel Didier Martineau pour ses conseils, son aide durant les différents projets que j’ai eu l’occasion d’aborder, et, sans qui je n’aurai pu effectuer mon apprentissage au sein du groupe Thomson qui possède une excellente réputation internationale dans le domaine des nouvelles technologies. Je souhaite également remercier Daniel Artaud, Dominique Guillevic, Eric Faria, Gilles Quintin et Olivier Mourand qui m’ont apporté une aide non négligeable tout au long de mon projet. Ensemble nous avons pu démontrer tout notre savoir-faire, notre réactivité et notre professionnalisme. En effet ce fut une expérience passionnante tant au niveau technique qu’humain, merci encore. Enfin je remercie les employés de la société Thomson Grass Valley France SA basée à Conflans dans leur ensemble et plus particulièrement Eric Lesueur , Hassan Bayan, Jean Pierre Abitbol, Jean Pierre Michon, Olivier Dutaud, Luis Pinto et Marie-Claire Brosselard pour leur soutien au jour le jour et leur bonne humeur malgré les moments difficiles. Je remercie aussi toute l’équipe de la production en plateforme, avec qui j’ai passé ma première année d’alternance lors de ma deuxième année de DUT et plus particulièrement Alain Liger (mon ancien tuteur) et Rodrigue Adin pour leurs conseils avisés et le temps qu’ils m’ont accordé.
  • 6. Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 5 / 120 TABLE DES MATIERES Résumé p.2 Abstract p.3 Remerciements p.4 Introduction p.7 I. Présentation de l’entreprise p.8 A. Présentation de l’entreprise p.9 B. THOMSON Grass Valley et la branche Transmission p.12 C. Service DED Radio & TV p.14 II. Contexte et présentation du projet p.16 A. Explications préliminaires p.17 B. Description d’un émetteur numérique p.19 1. Descriptions préliminaires p.19 2. Emetteur de base de haute technologie p.21 3. Maximisation du retour sur investissement p.21 4. Configuration p.22 C. Architecture global de l’Elite 1000 p.24 1. Les diagrammes blocks de l’Elite 1000 p.24 2. Vue d’ensemble structurelle p.26 3. Les interfaces externes de l’émetteur p.27 4. Chemins de l’électricité, du refroidissement liquide… p.28 5. La baie Elite 1000 p.30 6. La puissance de sortie et les fonctions d’optimisation d’efficacité p.30 7. Configuration des différentes gammes d’Elite 1000 p.32 D. Architecture détaillée de l’Elite 1000 p.34 1. Amplificateur de haute puissance avec alimentation intégrée… p.34 2. Unité de sécurité de carte de gestion de la baie p.41 3. Système couplé entièrement isolé p.46 E. Le Sirius (émetteur de base, autrement appelé EMB) p.49 1. Applications p.50 2. Description système p.50 F. Les défis de l’EXC3G p.56 1. EMB de l’EXC3G p.57 2. Description du projet p.58
  • 7. Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 6 / 120 III. Etudes et Réalisations p.61 A. Conception des différentes fonctions p.62 1. Elaboration de base des fonctions principales p.62 2. Choix des différents composants p.64 3. Fonction 10Mhz Input management p.67 4. Fonction Output management p.70 5. Fonction power Supply p.74 6. Fonction PLL p.76 B. Transformation des fonctions en circuits électroniques p.89 1. Power supply p.89 2. PLL p.91 3. Input management p.92 4. Output management p.93 C. Conception des parties VHDL et Java p.98 1. Conception de la partie VHDL p.98 2. Conception de la partie Java p.106 IV. Gestion du projet p.109 A. Processus de réalisation d’un circuit électronique p.110 B. Description des étapes du projet p.111 C. Les acteurs du projet p.112 D. Le diagramme de GANTT du projet p.113 E. Les coûts du projet p.114 Conclusion p.115 Bibliographie p.116 Glossaire p.117 Table des figures p.119
  • 8. Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 7 / 120 Introduction Ce document porte sur le projet Industriel ENSEA ITI que l’on m’a confié au sein de la société THOMSON GRASS VALLEY France SA, il s’articule de la manière suivante : une première partie décrit le groupe THOMSON, son secteur d’activité, ses clients, ses entités, le service dans lequel je travaille et un organigramme du service. La seconde partie présente le contexte dans lequel s’insère le projet. Il est mentionné le fonctionnement d’un émetteur Elite 1000 et l’objectif du projet dans ses grandes lignes. Une troisième partie détaille l’étude et la réalisation du projet, puis, une dernière partie porte sur l’aspect managérial du projet. Le projet que l’on m’a confié est de concevoir une carte électronique permettant de délivrer à l’ensemble d’un émetteur les fréquences caractéristiques dont il a besoin pour assurer un fonctionnement opérationnel. Cette carte s’insère dans le projet EXC-3G. Ce projet est un nouvel émetteur de base qui traite les signaux vidéo qui lui sont procurés sous format MPEG dans un flux ASI. Ce système comportera une carte d’interface (le prototype en question), une alimentation spécifique et une carte fond de panier qui se situera à l’arrière du rack pour récupérer les signaux des différents sous-ensembles de l’émetteur (dont la carte GPS). Le prototype met en avant un bon nombre de connaissances techniques concernant la réalisation complète d’une carte électronique, alimentation, acquisition de signaux analogiques, conversion numérique, circuits intégrés, traitement de signal, modélisation d’architecture numérique en VHDL, élaboration d’une IHM en Java qui fonctionne sur Windows et Linux, testabilité, achats de composants, nomenclature et encore bien d’autres.
  • 9. Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 8 / 120 PARTIE I Présentation de l’entreprise
  • 10. Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 9 / 120 I.A. Présentation de l’entreprise Thomson est le premier fournisseur mondial de solutions pour la création, la gestion, la diffusion et l’accès de contenu vidéo à l’intention des industries des communications, des médias et du divertissement. Fig.1 : Activités du groupe Thomson Principaux Clients Les principaux clients sont les studios de cinéma, les diffuseurs de chaînes de télévision, les opérateurs de réseau, et un éventail de plus en plus large d’utilisateurs professionnels de la vidéo. ▪ Opérateurs de réseau (câble, télécom satellite, Internet) ▪ Diffuseurs professionnels (chaines de télévision) ▪ Groupe de médias (Studio de cinéma et production vidéo) ▪ Utilisateurs innovants de vidéos (distributeurs, annonceurs, éditeurs de jeux, entreprises) Fig.2 : Principaux Clients du groupe
  • 11. Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 10 / 120 Répartition Géographique et dates importantes Le siège social du groupe Thomson est situé en France à Boulogne Billancourt, l’histoire du groupe est résumée en quelques points : ▪ 1883: Elihu Thomson et Edwin Houston s’associent pour créer une importante société d’électricité : la Thomson-Houston Electric Corporation, basée aux Etats-Unis. ▪ 1892 : la fusion de Thomson-Houston et Edison General Electric Company donne naissance à General Electric. ▪ 1893 : création de la Compagnie Française Thomson-Houston (CFTH), chargée d'exploiter en France les brevets de la Thomson-Houston Electric Corporation dans le domaine alors émergeant de la production et du transport de l'électricité. ▪ 1919 : création de Radio Corporation of America (RCA) et, en France, de la Compagnie générale de la télégraphie sans fil (CSF). ▪ 1955 : la CFTH devient française, puis change de nom en 1966 pour devenir Thomson-Brandt, suite à sa fusion avec la compagnie Hotchkiss-Brandt. ▪ 1967 : Thomson-Brandt fusionne avec CSF. Le groupe sera baptisé Thomson-CSF en 1968. Puis Thomson-CSF prendra le contrôle des sociétés téléphones Ericsson et LMT. ▪ 1982 : Thomson-Brandt et Thomson-CSF sont nationalisés par le gouvernement français. ▪ 1983 : les deux entreprises sont regroupées sous le nom de Thomson SA. À cette époque, le groupe s'organise autour de deux pôles : ➢ Le pôle orienté électronique grand public, qui deviendra Thomson Consumer Electronic Company (TCE) en 1987 (rebaptisé Thomson Multimedia en 1995), sera dissocié du groupe en 1999 et rebaptisé simplement Thomson en 2002. ➢ Thomson CSF, spécialisé dans l'électronique professionnelle à vocation essentiellement militaire. ▪ 1999 : Ouverture du capital de Thomson Multimedia. ▪ 2000 : Thomson-CSF devient Thales. ▪ 2009 : Certaines analyses font état d'un possible dépôt de bilan. ▪ 2010 : Thomson devient Technicolor sans changement de la gouvernance d'entreprise. Fig.3 : Répartition géographique du groupe Thomson dans le monde
  • 12. Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 11 / 120 Organisation du groupe Fig. 4: Organisation du groupe Thomson Technicolor Business Group Technicolor gère des réseaux vidéo pour le compte de ses clients et figure parmi les leaders mondiaux pour les services aux contenus physiques ou électroniques. Cette division offre une large gamme de services : gestion de réseaux vidéo, postproduction (y compris les effets spéciaux) gestion de réseaux vidéo sur les points de ventes et services pour film et DVD. Thomson Grass®Valley Business Group Thomson Grass®Valley fournit et intègre des systèmes et des solutions dédiés à la vidéo. Elle joue ainsi un rôle stratégique aux deux extrémités du réseau de diffusion : d’un côté, en aidant les diffuseurs (chaînes de télévision) et les opérateurs réseaux à distribuer leur contenu vidéo, de l’autre en fournissant aux opérateurs les produits d’accès dont les consommateurs ont besoin pour accéder à ces contenus, à tout moment et en tout lieu. Technologie Business Group "Technologie" développe des technologies vidéo et les monétises à travers des licences et des logiciels tout en anticipant les futures normes d’une industrie en constante évolution. Avec sept centres de recherche dans le monde, et plus de 50 000 brevets, ses activités couvrent de nombreux domaines : la compression audio et vidéo, les solutions de protection du contenu, la diffusion de vidéos sur les réseaux IP (Internet Protocol) et sur mobiles, le traitement, le stockage ainsi que la production de l’image, les systèmes de gestion du contenu, etc. Finance & Corporate & Securities Law Human Ressources, Diversity & Internal Comm. Business Operations & Legal Operations Strategy, Technology & Marketing CEO BOARD Technicolor Thomson Grass Valley Technology Support Functions Business Groups Frédéric Rose
  • 13. Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 12 / 120 Marques Commerciales du groupe Thomson Fig.5 : Marques Commerciales du groupe Thomson Technicolor : Leader mondial dans les services aux médias ainsi qu'aux fournisseurs de contenu Grass®Valley : Leader mondial dans les solutions de Broadcasting professionnel Screenvision : leader dans la publicité au cinéma PRN : Leader mondial dans la conception d’architecture réseau pour les grandes surfaces RCA : Constructeur nord américain d’appareil électronique grand public I.B. Thomson Grass Valley et la branche Transmission Lorsque vous regardez les informations, le sport ou encore des programmes de divertissement, que ce soit sur le web, la télévision ou votre téléphone vous regardez Grass Valley en action. L’entité Grass Valley se place au premier rang mondial des fournisseurs de solutions professionnelles dans le secteur du Broadcasting. Cette entité est riche de plus de 3000 clients à travers le monde, ainsi que des dizaines de milliers d’utilisateurs professionnels générant du contenu à partir des outils et des services de Grass Valley. Depuis plus de 50 ans, elle a été et continue d’être à la pointe de l’innovation sur la diffusion avec la création de produits les plus accomplis sur le marché. Au fur et à mesure des années, Grass Valley a su se doter de l’expérience des plus grands fabricants de solution vidéo en faisant l’acquisition de sociétés réputées dans le domaine aux quatre coins du monde. Avec des centaines de brevets (multiples récompenses aux Emmy®Awards), Grass Valley est le constructeur le plus innovateur et productif du matériel vidéo et le plus grand fournisseur de solutions de cette industrie. Fig.6 : Organisation de l’entité Grass Valley BROADCAST TRANSMISSION DISTRIBUTION VIDEO Pro Thomson Grass Valley Jeff ROSICA
  • 14. Branche Transmission Je travaille actuellement dans la branche transmission de la société Thomson Grass Valley, qui appartient au groupe Thomson devenu Technicolor depuis peu. Dans cette partie nous allons décrire rapidement les principales caractéristiques de la branche transmission, notamment sa répartition géographique, ses produits en quelques lignes, puis, nous descendrons au sein du service dans lequel j’effectue mon apprentissage : Le service DED radio and TV. Répartition Géographique et produits Les activités de la branche transmission de Thomson Grass Valley sont effectuées par quatre unités dénombrant près de 800 personnes basées en France, aux Etats-Unis, en Allemagne et en Suisse. Fig.7 : Répartition des activités de la branche transmission Gamme de produits TV Transmission Emetteurs numériques acceptant les standards de diffusion : DVB-T, DVB-H, ATSC Emetteurs analogiques Radio Transmission Emetteurs Ondes Courtes avec une puissance pouvant atteindre 500kW (civil) Emetteurs Ondes Moyennes et Ondes longues pouvant émettre à 1200kW (civil) Emetteur numérique DRM/DAB (civil) Emetteur VLF/LF (militaire) TV ATSC ATSC-MH Southwick MA USA TV & Radio TV|DVB-T | DVB-H DAB|DRM|AM SW|LW|MW|VLF Conflans France Radio SW|MW|LW Scientific Industrial Turgi Switzerland Radio Antennas Masts SW|LW|MW Schifferstadt Germany
  • 15. Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 14 / 120 Antennas & Masts Antennes Rotatives pour émetteur Radio SW/MW Antennes Directives pour émetteur Radio SW/MW Scientific Industrial Applications Applications liées au traitement des Cancers Applications pour le CERN Applications liées à la recherche I.C Service DED radio and TV Le Département d’Etudes et Développement Radio and TV est dirigé par M. Bureau qui est à la tête de 49 personnes, parmi lesquelles nous retrouvons en grande partie des ingénieurs de développement dans les cinq services détaillés ci-dessous. Un organigramme de ce service est proposé à la page suivante. Ce service met en œuvre toutes les techniques actuelles pour réaliser des émetteurs TV et radio de dernière génération. Pour satisfaire une demande plus en plus forte de la qualité d’image et une demande croissante du nombre de canaux, l’équipe de ce service suit les nouveaux standards de diffusion comme, DVB-T pour la TV et DAB pour la radio afin de concevoir et installer des nouvelles stations d’émissions. Service Traitement Numérique : Développement des modulateurs et des systèmes de gestion entre autres. Ils s’occupent de tout ce qui à trait aux éléments numériques des émetteurs. Service Développement logiciel : Ils développent les logiciels qui assurent la gestion des émetteurs. Service Intégration TX : Les ingénieurs de ce service réalisent l’intégration des sous-ensembles des émetteurs, ils conçoivent également les amplificateurs et les alimentations pour les émetteurs. Service Développement : Essentiellement constitué de techniciens ce service s’occupe principalement de la réalisation des PCB, de la conception des parties mécaniques et du développement des interconnexions électriques. Service TEST : Les membres de cette équipe développent des bancs de tests automatiques et opèrent la vérification des produits développés au sein du service DED radio & TV.
  • 16. Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 15 / 120 FIG.8 Organigramme du service
  • 17. Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 16 / 120 PARTIE II Contexte et présentation du projet
  • 18. Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 17 / 120 II.A Explications préliminaires Afin de comprendre la fonction d’un émetteur numérique, il faut le localiser dans la chaîne de l’image. Nous pouvons voir dans le schéma ci-dessous les différentes étapes du studio d’enregistrement à la télévision du particulier : Avant d’arriver dans le démodulateur de nos télévisions, le signal utilisé pour transporter l’image et le son, passe par différentes étapes où il est transformé par différents moyens. On peut les décomposer en 4 étapes. La collecte La vidéo et l’audio proviennent directement des studios. Les programmes sont collectés sous forme numérique et encodés en MPEG. Tous les programmes sont regroupés pour être envoyés aux têtes de réseau. Comme nous pouvons le voir sur la figure 9, il y a une première collecte au niveau national puis une seconde au niveau régional. Fig.9 : Chaine de l’image numérique
  • 19. Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 18 / 120 Les têtes de Réseau Les têtes de réseau se chargent du multiplexage fréquentiel. Cette technique est utilisée pour pouvoir émettre jusqu’à 6 programmes dans un même canal. Cela permet d’augmenter la capacité des bandes de fréquence utilisées (VHF et UHF). Nous utilisons deux techniques : Le SFN ou MFN. Si deux émetteurs sont proches l’un de l’autre ils peuvent émettre sur la même fréquence comprenant plusieurs programmes, ici c’est le SFN qui sera utilisé. On utilisera le MFN quand les émetteurs n’émettent pas sur la même fréquence. Le transport entre les têtes de réseau peut se faire soit par câble soit par satellite. La diffusion hertzienne C’est à ce moment-là que les émetteurs interviennent. Pour la diffusion numérique, on utilise les signaux encodés en MPEG2 et MPEG4 pour les programmes payants. La couche physique de transport est l’ASI. Sachant que THOMSON est une multinationale et que 80% des émetteurs sont exportés, il a fallu s’adapter aux différents standards de diffusion numérique mis en place sur chaque continent. La réception La TNT peut être reçue par tout le monde à la seule condition de se trouver dans les zones couvertes. Nul besoin de changer de télévision. Il faut uniquement s’équiper d’un décodeur TNT. A contrario de la télévision analogique, une sensibilité du récepteur insuffisante ne permet pas de recevoir les services (image+ son…), dans ce cas, un changement d’antenne avec un gain plus important est nécessaire. On aura une réception de qualité constante mais il n’y a pas d’entre deux, c’est du tout ou rien.
  • 20. Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 19 / 120 II.B Description d’un émetteur numérique II.B.1 Descriptions préliminaires Les émetteurs de la famille « Elite » ont été développés par l’entité Thomson il y a maintenant 30 ans. Actuellement c’est la 2ème génération qui est en service. Ils ont été conçus pour répondre spécifiquement aux exigences de la TV numérique de la télévision mobile, avec les deux principaux objectifs suivant : Correspondre aux critères de fiabilité, de maniabilité et d’économie que posent les diffuseurs. Fournir des solutions à jour qui seront à l’épreuve des évolutions de la télé numérique et mobile. Cette gamme d’émetteur fournit un large choix d’options en termes de fréquences de sortie (de la bande UHF à VHF) et en puissance émise (de 125 W rms à 16.5 kW rms en DVB-T/H). L’Elite 1000 est la famille d’émetteur qui dispose de la puissance de sortie la plus élevée tout en conservant une efficacité et un rendement inégalable. L’Elite 100 est la solution parfaite pour diffuser dans les endroits où son grand frère n’a pas accès, ces deux solutions sont complémentaires. Ces deux familles ont une structure adapté à leur puissance de sortie et ont été conçues pour : Emettre un signal numérique, pour la TNT. Etre compatible avec les modules d’amplification. Avoir une interface homme-machine belle et intuitive. Permettre un contrôle et une maintenance à distance. Le fait que nos émetteurs répondent à tous ces critères, en particulier l’usage du même émetteur de base que nous soyons en Elite 1000 ou en Elite 100, fournit un support très professionnel et réduit les coûts considérablement, ce qui plait à nos clients. Les points clefs du design Les deux familles d’émetteurs ont été optimisées et sont des solutions cohérentes pour la diffusion d’ondes TNT avec des puissances de sortie allant de 125 W à plus de 16.5kW rms (DVT-H), exactement : 1.5 kW rms à 16.5 kW rms pour un signal de sortie en DVB-T.
  • 21. Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 20 / 120 1.80 kW rms à 20 kW rms pour un signal de sortie en ATSC. Disponibilité de service (dans la chaîne de RF, aucun point critique n’est seul, système de commande non-critique, sous-entendu il y a plusieurs alternatives de passage du signal en cas de panne interne). Réduction de la taille (l'émetteur à grande puissance le plus compact sur le marché : 600mm x 1200mm pour 6kW rms). Des options de redondance (simple drive, dual drive, passive Reserve et le système N+1 redundancy) Économies sur les coûts d'opération : Les capacités d'optimisation intégrées peuvent fournir une efficacité supplémentaire de 20% L'accès simple à tous les modules avec le souci permanent de faciliter la maintenance. Le temps d’accès à tous les modules est bien inférieur aux 15 minutes stipulées dans procès- verbal. Modules de poids légers avec amplificateurs et connecteurs changeables lorsque l’émetteur est en fonctionnement. Chaque pièce de l’émetteur est changeable. Contrôle à haute performance et Contrôle de Système, une mise à jour logicielle à distance est incorporée (SNMP ou serveur Web), pour un diagnostic en profondeur. Un émetteur constitué à partir de technologies de pointe. Précorrection automatique numérique pour la non-linéarité des amplificateurs. Égaliseur linéaire automatique pour les altérations linéaires. Le contrôle de gain automatique optimisant la puissance de sortie dans tous les cas de figures. Ajustement numérique de la phase et du gain à tous les étages d’amplification. Pour la famille d’émetteur Elite 100 à refroidissement à air, la puissance de sortie varie entre 125 W rms à 1.2 kW rms pour un signal de sortie DVB-T: Amplificateur et alimentation simple et robuste, menant à un coût de maintenance réduit. Un émetteur de base de haute performance commun à toutes les familles d’émetteurs. flexibilité du système de refroidissement, refroidissement par circulation d'air standard ou haute qualité( soit un gros ventilateur qui souffle par le haut sur toute la baie, soit un système beaucoup plus raffiné avec un chemin tracé dans chaque composant de l’émetteur pour extraire l’air chaud tout en laissant place à l’air froid). II.B.2 Émetteur de base de haute technologie :
  • 22. Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 21 / 120 FIG.10 : Sirius avec un écran lcd en façade L'élite est une solution "de haute technologie" éprouvée pour la TV Numérique et la TV Mobile. Ces émetteurs sont la plate-forme ouverte qui supporte actuellement les standards DVB-T, DVB-H, ATSC et MediaFlo ™. Toutes les familles d'Elite peuvent fonctionner avec notre troisième génération d’émetteur de base, développé pour assurer une migration facile vers n'importe quels standards de TV fixe ou mobile, en voici les caractéristiques : Précorrections linéaires et non-linéaires automatiques. Logiciel incorporé évolutif à distance (via réseaux informatiques). Insertion d’une cellule id, informations TPS spécifiques. Modulation hiérarchique et non-hiérarchique. Double entrée ASI avec capacité de commutation sans coupure. Adaptation de TEB. Indication de mesure de qualité intégrée et alarme. Réglage extrêmement précis de la puissance de sortie II.B.3 Maximisation du retour sur Investissement : Le Retour sur l'Investissement est maximisé grâce à: Haute efficacité En plus des hautes performances de base des modules Elites, les propriétés optiphase et optigain sont des solutions de maintien optimales d’une puissance de sortie RF pour Elite 1000 avec un minimum d’entretient ce qui rend possible un meilleur retour sur investissement. Baisser des coûts de maintenance directs Pour réduire des coûts de fonctionnement et réduire ainsi le coût total de l’émetteur à son propriétaire, les procédures de maintenance pour la gamme Elite ont été simplifiées, une personne peut rapidement remplacer un module et rendre l'émetteur fonctionnel sans besoin de hautes compétences techniques d'autres que la formation spécifique aux tâches simples qui s’effectue sur moins de 2 jours. Les amplificateurs, l'alimentation, les connecteurs et les charges sont tous remplaçable sur site en moins de 15 minutes (procès-verbal) et échangeable émetteur en fonctionnement avec aucune nécessité de réglage d'accord. Baisser des coûts de maintenance indirects
  • 23. Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 22 / 120 Chaque émetteur est livré avec un serveur Web incorporé ou avec le support de protocole SNMP, permettant immédiatement d’identifier le statut de l'émetteur et l'emplacement précis d'une faute. Il est aussi recevoir ces informations via e-mail, SMS et téléphone (équipement supplémentaire facultatif). Cohérence avec la famille Elite La formation et des pièces de rechange similaires à toute la famille d'Elite apportent des économies supplémentaires. II.B.4 Configuration : Les Élite 100 et 1000 couvrent la gamme de puissance de 125 W rms à 16.5 kW rms selon les configurations suivantes : FIG.11 : Configuration des Elites en fonction de la puissance de sortie
  • 24. Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 23 / 120 Configuration Elite 100 FIG.12 : Configuration de la gamme Elite 100 La gamme élite 100 existe sous deux formats, soit extraction d’air standard, soit haute qualité comme précisé précédemment, pour répondre au besoin des différents diffuseurs. Configuration Elite 1000 FIG.13 : Configuration de la gamme Elite 1000 La gamme Elite 1000 est produite exclusivement avec un système liquide d’extraction de chaleur, ce qui fournit de hautes performances pour une consommation restreinte.
  • 25. Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 24 / 120 II.C Architecture global de l’Elite 1000 II.C.1 Les diagrammes blocks de l’Elite 1000 Un Elite 1000 est conçu pour respecter des valeurs spécifiques de puissance de sortie, il est construit d'un jeu de modules qui font de lui un système complet. Cette standardisation apporte des avantages quand plusieurs émetteurs différents de la même gamme sont en fonctionnement les uns à côté des autres : * Le personnel de maintenance qui est devenu expérimenté sur un émetteur peut facilement apprendre des procédures de maintenance pour un autre émetteur Elite. * Il y a une diminution du nombre de pièces de rechange différentes car la conception a été pensée dans le but d’avoir un maximum de composants communs pour éviter des problèmes d’approvisionnements engendrés par une obsolescence précoce de telle ou telle partie. Fig.14 : Les composants constituant la gamme Elite 1000
  • 26. Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 25 / 120 Fig.15 : Diagramme block du système Elite
  • 27. Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 26 / 120 Architecture de l’Elite 1000 : II.C.2 Vue d’ensemble structurelle Les connections directes (de type bus) réduisent considérablement le nombre de câbles et de pipelines à l’intérieur de la baie. L’Elite 1000 fait 600mm de large, 1200mm de profondeur et 2050mm de haut. Un seul émetteur peut sortir une puissance de 6 kW rms (DVB-T/H) (on peut atteindre les 20kW avec le pic de synchro), pour obtenir une puissance d’émission supérieure il suffit d’associer une autre baie. Sa conception réfléchie permet un accès simple à chaque composant. Les modules sont facilement manipulables. Toutes les gammes d’émetteurs sont constituées des mêmes composants. La plupart de ces composants sont remplaçable émetteur en marche. Le caisson de gestion se trouve dans la partie haute de la baie. Le système de refroidissement liquide est bien sécurisé, il dispose d’une pompe externe à la baie, pour éviter tout court-circuit. Un flux d’air frais minimum est maintenu au sein de la baie pour éviter tout problème d’air chaud stagnant. L’air qui circule à l’intérieur est évidement filtré pour éviter encore une fois tout problème de court-circuit. Une baie Elite 1000 comprend : - Un ou deux Sirius - Un caisson de gestion et de sécurité - Une carte mère qui peut gérer jusqu’à 12 amplificateurs. - Un additionneur de sortie capable d’additionner les puissances de sorties de 12 amplis maximums. - Une charge de balance, qui vise à évacuer la puissance qui reviendrait de l’antenne en cas de mauvaise adaptation du système. - Une alimentation haute puissance. - Une baie qui puisse accueillir en son sein tous ces composants. Fig.16 : Baie Elite 1000, refroidissement liquide
  • 28. Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 27 / 120 II.C.3 Les interfaces externes de l’émetteur L’alimentation : Les trois phases sont présentes, le neutre et la masse entrent dans l’émetteur via le haut ou le bas de la baie. Ils sont ensuite connectés aux alimentations de chaque ampli. Il existe cependant une option qui consiste à alimenter le reste de l’émetteur par un courant monophasé complètement indépendant du triphasé qui alimente les amplis. Est présent un capteur de sécurité qui protège les utilisateurs et qui les informe que le monophasé est encore en activité même si le triphasé est éteint. Une alimentation par bus barre permet d’alimenter l’ensemble des amplis. Contrôle à distance : L’Elite 1000 est équipé de base d’un serveur WEB et d’un agent SNMP pour le contrôle à distance utilisant l’Ethernet via un connecteur RJ45 femelle. Récepteur GPS : Un récepteur GPS peut être installé sur l’émetteur, il permet de fournir un 10 Mhz et un 1 PPS. On peut aussi brancher un récepteur GPS dit externe, par exemple lorsque sur un site d’émission plusieurs baies sont toutes reliées au même récepteur GPS. Système de réserve : Les connecteurs du toit de la baie sont utilisés pour le management et les interfaces de sécurité pour le passive réserve et le N+1. Les points de contrôle : Pour être sûr de la puissance à chaque endroit critique du chemin du signal avant sa sortie sur l’antenne, des capteurs sont positionnés, sur la sortie du Sirius et sur celles de chacun des amplis. Pour les émetteurs multi-baies tous ces signaux sont rapportés sur la baie principale par les connectiques du dessus. Les systèmes de refroidissement : Les connecteurs du refroidissement liquide sont situés sur le toit de la baie. L’émetteur a cependant une entrée d’air filtrée dans sa partie basse, Les ventilateurs soufflent dans l’intégralité de la baie et l’air chaud est extrait par la partie haute. La sortie RF : On trouve sur le toit un échantillon RF en sortie de l’additionneur (d’amplificateurs), ce même échantillon est fourni au Sirius pour les réglages NLC. Un autre prélèvement est effectué en sortie du filtre de canal, avant antenne, il est seulement distribué au Sirius pour les corrections linéaires (ALE).
  • 29. Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 28 / 120 II.C.4 Chemins de l’électricité, du refroidissement liquide, des signaux de contrôle et RF L’Elite 1000 détient un système solide de distribution de signaux, que ce soit électrique ou liquide. La connectique dite « directe » et la distribution en bus réduit considérablement le câblage et rend l’équipement plus fiable. Chaque composant constituant le système de refroidissement liquide a été choisi pour sa durabilité et sa fiabilité à long terme dans des conditions extrêmes. Fig.17 : Systèmes de distribution de l’Elite 1000
  • 30. Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 29 / 120 La distribution électrique : L’électricité extérieure arrive sur les disjoncteurs principaux de la baie (situées à ses pieds). Après ceux-ci, les trois phases sont distribuées sur le bus-bar pour alimenter les amplis. Chacun d’eux a son propre disjoncteur. Tout autre équipement, tels que les Sirius et le caisson de gestion sont alimentés par une seule phase et possèdent aussi leur propre disjoncteur. Comme précisé auparavant, pour le monophasé, soit nous le prenons sur une des 3 phases utilisées pour les amplis, soit un nous prenons un 220V sécurisé par onduleur. Le but de laisser la partie intelligente toujours sous tension même lors de coupures électrique, est que le temps de remise en service du signal ne soit que de 5 secondes au lieu de 15 minutes. La distribution pour le système de refroidissement : Constitué d’une pompe externe avec un réservoir et d’un ventilateur pour extraire l’air chaud, toute la connectique se situe sur le haut de la baie. L’ensemble est contrôlé par le système de gestion de l’émetteur. Le ventilateur souffle depuis le bas de la baie pour évacuer l’air chaud par le haut. Des capteurs de températures sont présents dans l’ensemble pour contrôler la vitesse du ventilateur. Des thermostats sont aussi intégrés. Dans un cas comme dans l’autre, si la température devient critique, la chaine de sécurité coupe l’alimentation des amplis jusqu'à ce que la température retrouve une valeur normale. Pour optimiser le temps de changement d’un ampli, Elite dispose de connecteurs automatiques. Il suffit de clipser l’ampli pour que l’alimentation électrique et la distribution du liquide de refroidissement soit en place, tel que : Fig.18 : Systèmes de clips automatique de l’Elite 1000
  • 31. Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 30 / 120 La distribution des signaux de contrôle: L’unité de gestion de l’émetteur est le circuit vers lequel sont dirigés tous les signaux de contrôle, tant pour la gestion interne de l’équipement que pour donner des informations à l’utilisateur via le panneau de contrôle en face avant. Il y a deux bus de données principaux, un pour rassembler les données concernant les amplis et l’autre pour la sécurité de l’émetteur et le contrôler des circuits internes (incluant la gestion des autres baies en cas d’émetteurs multi-baies). D’autres données sont collectées et transmissent au panneau de contrôle, telles que celles du Sirius, de la pompe du liquide de refroidissement et toute la chaine de sécurité de la baie. Entrées et sorties RF : Le signal RF fournit par le Sirius est divisé pour entrer dans chaque ampli, il est ensuite, après amplification, additionné avant d’être filtré puis émit par l’antenne. II.C.5 La baie Elite 1000 L’Elite 1000 est conçu de manière solide et rigide en acier. Les panneaux extérieurs sont peints. La structure interne est protégée par une couche de zinc/aluminium qui est plus coûteuse qu’une simple galvanisation mais qui fournit une meilleure protection contre l’humidité. II.C.6 La puissance de sortie et les fonctions d’optimisation d’efficacité Elite possède plusieurs gammes de puissances de sorties, pour chacune sont disponibles des fonctions d’optimisations via l’IHM en face avant. Ces fonctions « optiphases » fournissent le niveau exactement attendu et une efficacité exemplaire grâce au(x) : Réglage de la puissance de sortie de chaque ampli. Réglage du gain et de la phase du signal de sortie de chaque baie, en système multi-baies. Changement de tension d’alimentation des amplis pour un meilleur rendement. Compensations des pertes occasionnées par les défauts d’amplis (contrôle automatique de gain). Système de réglage de gain et de phase en entrée de chaque ampli.
  • 32. Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 31 / 120 Le résultat de l’application de ces fonctions est un ajustement très précis de la puissance de sortie de l’émetteur et de son adaptation pour un rendement beaucoup plus efficace tout en fournissant la puissance et la fréquence exactes demandées. II.C.6.1 Régulation de la puissance de sortie Elite 1000 possède un algorithme pointu de régulation de puissance. Celui-ci peut pousser les amplis à puiser dans leurs capacités de réserve. Cette fonction permet de continuer à sortir la puissance requise même si un ampli est tombé en panne, le but étant que chaque ampli compense la perte de puissance occasionné. Description du processus : L’algorithme de contrôle automatique de gain vérifie les tensions des sondes de chaque ampli et celle après filtre. Le système prend en compte la tension la plus élevée pour s’asservir (la raison est simple, si nous prenons sur la plus basse et que l’ampli s’y référant tombe en panne, le système essayerait d’augmenter la puissance pour revenir à la consigne, ce qui détruirait tous les autres amplis). Ce système d’autorégulation a une limite, celle de la puissance maximale de sortie d’un seul ampli. Par exemple pour un émetteur de capacité de puissance de sortie de 6 kW avec une puissance de sortie exigée à 3.5kW, il est possible de compenser la perte de puissance occasionnée par un ampli défectueux, mais si d’autres venaient à tomber en panne, le système sortira la puissance maximale qu’il peut produire sans mettre en danger les autres amplis. Pour une sécurité supérieure, l’opérateur peut exiger au maximum une puissance en sortie du Sirius de +2 dB par rapport à la consigne. La principale utilisation de cet algorithme est dans le cas où nous avons une grande marge de puissance entre les caractéristiques de la baie et les exigences du client. Combiné avec un deuxième Sirius, nous offrons une solution élégante et économique contre toute panne potentielle. II.C.6.2 Fonctionnement avec un taux d’ondes stationnaires important L’Elite 1000 peut fournir la puissance de sortie requise jusqu’à un taux d’ondes stationnaires de 1,5. Si ce taux augmente, la puissance de sortie diminue proportionnellement. Cependant, pour des raisons de sécurité, la puissance est coupée si l’émetteur réduit sa puissance de sortie en dessous de 6 dB.
  • 33. Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 32 / 120 II.C.7 Configuration des différentes gammes d’Elite 1000 * La puissance est calculée après filtre. Description des différents types de configuration : SD : Single drive, c’est la configuration de base, avec un seul Sirius dans la baie. DD : Double drive, signifie que nous sommes en présence d’un émetteur avec deux Sirius et un caisson de gestion dans la baie. PR : Passive réserve, signifie que nous avons un duplicata exact de notre émetteur, ces deux ci peuvent être en SD ou DD. N+1 : C’est une configuration qui n’a lieux d’être que dans un environnement ou plusieurs émetteurs sont en activités. Ici nous avons un seul émetteur de secours si l’un d’entre eux tombe en panne. Voici les différentes configurations imagées : Fig.19 : Configuration des différentes gammes d’Elite 1000 : Fig.20 : Configuration double drive d’Elite 1000 :
  • 34. Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 33 / 120 Fig.21 : Configuration passive reserve d’Elite 1000 : Fig.22 : Configuration N+1 d’Elite 1000 :
  • 35. Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 34 / 120 II.D Architecture détaillée de l’Elite 1000 II.D.1 Amplificateur de haute puissance avec alimentation intégrée et à refroidissement liquide Elite 1000, les points clés de son ampli : Une conception établie autour du transistor LDMOS. Petits circuits facilement remplaçables et pré accordés. Un faible encombrement pour un poids léger. Protection contre le ROS, la température, le court-circuit et la surtension. Autodiagnostic et disjoncteur individuel en face avant. Résiste à un taux d’onde stationnaire de 2,1. Contrôle permanent via le bus CAN. Une alimentation intégrée. II.D.1.1 Amplificateur L’émetteur Elite 1000 possède un très grand gain (63dB), grâce aux amplis large bande qui couvrent toute la bande UHF pour l’analogique et le numérique. La puissance nominale d’un ampli est de 460 W rms en numérique (600 W rms pour l’ATSC) et 2 kW pour le pic de synchro analogique. L’ampli Elite 1000 est le descendant direct de l’éprouvé et très fiable ampli UHF utilisé auparavant par THOMSON dans les émetteurs analogiques. Cet ampli de dernière génération est plus efficace et moins couteux que son grand frère, de plus chacun d’eux incorpore son propre système d’alimentation. Fig.23 : Ampli Elite 1000 :
  • 36. Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 35 / 120 L’ampli à haut gain de l’Elite 1000 fonctionne avec les transistors LDMOS qui sont utilisés pour une amplification de classe AB. La linéarité inhérente à ces transistors et la précision du correcteur numérique qui lui est associée fait de lui, le composant le plus performant et le plus précis du marché. Chaque amplificateur a des systèmes de protection contre le ROS, la température, les surtensions et les courts-circuits. Les amplis sont facilement accessibles en face avant de la baie, ils peuvent être changés émetteur en marche. Ces amplis sont plus petits et plus légers que ses concurrents. Voici ses mesures : Largeur : 480 mm Profondeur : 770 mm Hauteur : 2U, 90 mm Poids : 24.4 kg Ils sont montés sur des chariots à roulettes pour faciliter leur manipulation. Thomson peut fournir un ascenseur pour amplis, il est facultatif mais permet de les insérer et de les enlever sans avoir à le faire manuellement. Fig.24 : Schéma-block de l’ampli Elite 1000 :
  • 37. Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 36 / 120 Les courants de chaque transistor, la puissance de sortie et toutes les alarmes qui sont placées sur chaque ampli sont transmis au panneau de contrôle de l’émetteur et visibles sur l’écran de configuration. Ce données sont aussi accessibles par la télécommande (la page web via le serveur web et/ou SNMP). II.D.1.2 Interchangeabilité Pour tous les émetteurs de la gamme Elite 1000 chaque amplificateur peut être complètement changé. Ainsi en cas de panne, on peut remplacer n’importe quel module sans être un expert. Les pannes sont très bien expliquées sur le panneau de contrôle et il suffit d’outils simples pour procéder aux échanges. Les circuits RF actifs de l’ampli comprennent des plaquettes facilement interchangeables. Ces palettes (amplificateur de base utilisant deux transistors en classe AB) sont des unités pré-alignées individuelles et peuvent être remplacées sans inquiétude car cette opération ne nécessite aucun réajustement de l’ampli après le changement de l’une d’entre elles. Fig.25 : Vue de derrière de l’ampli Elite 1000 :
  • 38. Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 37 / 120 L’alimentation électrique de l’ampli peut être retirée facilement et remplacée aussi simplement que les plaquettes. Les caractéristiques de cet amplificateur, en termes de facilité de changement de chacun de ses blocks constituants, font que la maintenance journalière est devenue extrêmement simple et à la portée de tout non-spécialiste qui aurait suivi une formation de seulement 2 jours. Les sous-ensembles défectueux sont détectés par le système de gestion. Le statut de chaque sous-ensemble remplaçable de l'émetteur peut être affiché sur le panneau de configuration d'émetteur et peut être contrôlé via les pages Web et/ou SNMP. Les amplis ont des LEDs en face avant qui facilitent la recherche de pannes. Des points de tests sont facilement accessibles sur chaque point clés de l’ampli. Ils permettent le contrôle RF et aussi de vérifier le bon fonctionnement de chaque module. Les amplis ont trois différentes LEDs de statuts, tels que : La LED verte (READY) signifie qu’il n’y a aucun défaut apparent. La LED orange (Alarme) signifie qu’il y a un défaut de maximum 3 transistors et/ou un ventilateur. Dans ce cas l’ampli sort toujours la puissance. La LED rouge (Défaut), l’ampli est arrêté, cela signifie qu’il y a soit : - Un défaut d’alimentation - Pas de signal d’entrée. - Une température trop élevée - 4 ou plus de transistors défectueux. Fig.26 : Plaquette basique de l’ampli Elite 1000 : Fig.27 : LEDs de l’ampli Elite 1000 :
  • 39. Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 38 / 120 II.D.1.3 L’alimentation électrique intégrée L’alimentation électrique intégrée de l’ampli est alimentée par les trois phases qui arrivent du bus- bar. La connexion à ses trois phases se fait lorsqu’on enfiche l’ampli dans la baie. Dans la configuration mécanique de la baie, la broche de masse est la plus longue car c’est elle qui doit être branchée en premier, pour éviter tout problème de court-circuit et surtout d’électrisation des utilisateurs. Même si les disjoncteurs sont présents et actifs, si la masse n’est pas branchée, ils ne se déclencheront pas. Cette alimentation intégrée est donc alimentée en triphasée et produit un courant maximum de 165 A à une tension de sortie entre 26 V et 32 V, programmable par pas de 0.5 V. Elle produit aussi une tension auxiliaire de 5V, majoritairement pour ses circuits logiques. On peut interfacer tous les types de réseaux triphasés à cette alimentation, c'est-à-dire de 323 V à 538 V et de 47 Hz à 63 Hz. Elle contient aussi un correcteur du facteur de puissance intégré. Thomson commercialise aussi une version plus réduite, elle fonctionne sur des tensions de 176 V à 276 V et sur la même plage de fréquences (47 Hz à 63 Hz).Dans cette version, un deuxième correcteur du facteur de puissance est connecté en parallèle au premier. Cette version réduite est équipée d’un détrompeur qui empêche de l’insérer dans un émetteur à haute tension, pour éviter de l’endommager. Petit rappel du facteur de puissance : Depuis 2001, les standards européens et japonais notamment (IEC1000-3-2) imposent que tous les nouveaux appareils consommant plus de 75 W doivent comporter une correction du facteur de puissance pour respecter l'environnement. Ces standards imposent des limites sur le niveau des courants harmoniques engendrés par un système électrique à son entrée, et plus particulièrement pour des appareils de classe D (< 600 W) dont les ordinateurs font partis. Ces règles sont très strictes et les seuils à ne pas dépasser sont définis jusqu'à l'harmonique de rang 39, c'est à dire assez loin dans la décomposition des signaux (FFT). Pour satisfaire la norme, il suffit d'être sous les seuils autorisés pour chaque harmonique. Voici par exemple 3 alimentations de 250 W qui ont été comparées à ce niveau d'exigence : Fig.28 : Courbes du facteur de puissance
  • 40. Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 39 / 120 Sans PFC, quasiment tous les courants harmoniques des rangs 3 à 23 dépassent le seuil. L’alimentation ne sera pas conforme à la norme et ne pourra pas être vendue en Europe. Pour le PFC passif, l'harmonique 3 est juste sur le seuil demandé, ce qui est suffisant . Pour le PFC actif, il n'y a aucun problème non plus car tout est très atténué. Nous remarquons que même avec un PFC actif, le signal contient encore des harmoniques qui déforment le courant car la correction n'est pas parfaite. Cependant, le taux de distorsion est si faible que l'allure du courant est relativement proche de la perfection et le facteur de puissance sera proche de 1 (0,99). Un PFC est donc utilisé comme un système de compensation dans des applications où la tension et le courant tiré du réseau sont déphasés et/ou déformés. En ce qui concerne la conception de l’alimentation de l’ampli Elite 1000, c’est un savant mélange entre la réponse aux exigences électriques et à celles d’un prix bas, ce qui fait d’elle une alimentation de pointe, avec : Pas de câblage entre composants. Les connexions sont faites via les circuits imprimés, le Bus- bar ou les Bus en nappes. Cette conception aboutit à un design plus robuste et plus aisément reproductible (mieux pour les grandes séries). Un facteur de puissance excellent de l’ordre de PFC > 0.95. Un courant de démarrage très faible, de l’ordre d’In = 2A. La facilité de changement, il suffit simplement de dévisser les vis de fixation et pour ceci, aucune compétence technique n’est exigée. Fig.29 : L’alimentation de l’ampli Elite 1000
  • 41. Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 40 / 120 Cette alimentation est protégée contre : Les sous-tensions et les surtensions sur l’arrivée principale. Les surtensions et sur-courants en sortie. Les dépassements de température. Elle comprend un correcteur de facteur de puissance suivi d’un convertisseur DC/DC à double sorties. Ces deux éléments sont synchrones, ce qui permet une réduction des perturbations dans la forme d’onde et qui réduit par la même, la sollicitation des condensateurs du PFC pour une meilleure durée de vie et une fiabilité améliorée. Sont aussi utilisés des IGBTs dans le PFC pour fournir une entière satisfaction aux demandes de plus en plus exigeantes des normes imposées sur nos produits. L’alimentation est constituée de circuits hybrides qui sont gérées par une unité de traitement de signaux numériques (DSP). La température des différents composants qui la constituent est contrôlée et optimisée par le DSP pour qu’ils soient chacun à leur température optimale de fonctionnement. Un transformateur de courant est présent dans le transformateur principal, de même une sonde à effet hall est située dans le circuit de sortie DC, ce qui contribue à sécuriser les circuits et rend plus performantes les fonctions d’auto-diagnostiques. L’alimentation électrique est reliée au processeur de gestion de l’ampli dans lequel elle est située. Cette connexion est réalisée via une liaison série, on peut aussi facilement mettre à jour le programme qui est contenu par le processeur car il est connecté au panneau de contrôle en face avant de l’émetteur et donc accessible via le web. II.D.1.4 Conception de l’amplificateur à refroidissement liquide L’ampli Elite 1000 à refroidissement liquide comprend deux surfaces rectangulaires, une sur laquelle sont montés tous les composants RF et une autre ou se trouve ceux pour l’alimentation. De plus, un groupe de ventilateurs permet l’évacuation de l’air chaud en surface, ils ne sont pas directement connectés à l’ampli. Deux trous sont placés sur la face arrière de l’ampli pour activer l’alimentation du circuit de refroidissement liquide dès qu’il est enfiché dans la baie. Sont aussi placés en face arrière de l’ampli, le courant pour l’alimentation, les entrées RF, les connecteurs de gestion et ceux du BUS CAN. Le système de refroidissement liquide est très robuste, il a été éprouvé sur le terrain et est utilisé dans les industries aéronautiques et chimiques. Quant aux autres connexions de la face arrière de l’ampli, elles ont été étudiées dans le but d’avoir un axe de mobilité qui permettrait d’éviter de les endommagées si l’ampli a été mal enfiché. En conclusion, la conception de cet amplificateur a été pensée dans les moindres détails, ce qui fait de lui l’un des plus performants du marché et le plus adéquat pour l’émetteur Elite 1000.
  • 42. Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 41 / 120 II.D.2 Unité de sécurité et carte de gestion de la baie Les points clés : Contrôle complet à distance de la baie via le serveur web ou SNMP. Contrôle manuel possible via les boutons présent sur la carte de gestion. Cette carte peut être mise ou débranchée émetteur en marche. Sur cette carte est aussi inséré un onduleur pour maintenir sous tension le(s) Sirius en cas de coupure d’électricité pour que la baie redémarre plus vite au rétablissement du courant. II.D.2.1 Fonctionnement La carte de gestion de l’émetteur et l’unité de sécurité fournissent un contrôle automatique complet réglable en locale et à distance. Cette unité possède plusieurs alimentations qui permettent de remplacer la carte de gestion sans interrompre la transmission. Les fonctions principales du contrôle de l’émetteur et de l’unité de gestion sont : L’émetteur se protège lui-même contre tout défaut interne ou externe. L’émetteur répond aussi bien en local qu’à distance. L’exécution des processus qui ont été déclenchés en local ou à distance. Fig.30 : Carte de gestion de l’Elite 1000 Fig.31 : Unité de gestion de l’Elite 1000
  • 43. Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 42 / 120 II.D.2.2 Protection automatique de l’émetteur La protection automatique de l’émetteur est principalement effectuée par la carte de sécurité. Toutes les fonctions de sécurité sont constituées en hard et traitées en temps réel pour une meilleure réactivité ainsi qu’une meilleure fiabilité. Voici quelques exemples de fautes : température du liquide de refroidissement trop élevée, un niveau de ROS trop important qui revient de l’antenne, etc… En fonction des types de fautes il existe deux réactions possibles : Arrêt immédiat de la transmission ou extinction complète de l’émetteur. Diminuer le niveau de sortie. II.D.2.3 Contrôle local ou à distance et les commandes de gestion L’Elite 1000 est doté d’un ensemble de boutons poussoirs qui sont spécifiques au contrôle manuel. Nous pouvons allumer ou éteindre les Sirius A et B. Nous pouvons aussi avec l’un d’entre eux enlever la carte de gestion sans couper la transmission. Un panneau de configuration facultatif avec clavier et écran permet un contrôle beaucoup plus détaillé de tous les aspects de l’émetteur. L’émetteur peut être aussi commuté localement ou à distance via le serveur web ou SNMP. II.D.2.4 Processus opérationnels La carte de gestion contrôle l’état opérationnel de l’émetteur. C’est grâce au Linux de base embarqué dans la baie que le système gère les différents éléments via deux bus CAN, CAN1 pour l’équipement associé au support et CAN0 pour les autres baies. Par exemple le CAN1 transmet à la carte de gestion les données de chaque ampli et celles de leur alimentation associées. D’autres données émanent de la carte ou reçues par elle, peuvent être véhiculées sur des supports différents, en voici une photo : Fig.32: Connectiques de l’unité de gestion de l’Elite 1000
  • 44. Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 43 / 120 Voici un exemple de ce que pourrait nous retourner le panneau du caisson de gestion. II.D.2.5 SNMP et page Web Le protocole SNMP permet la surveillance d’une ou plusieurs baies. On considère chaque émetteur comme un élément bien distinct appartenant à un réseau, chacun à son adresse IP. L’utilité de ce protocole est de fournir la capacité de lire des informations de l’émetteur et de lui envoyer des commandes. De plus, il existe un processus spécial qui envoie automatiquement les informations dont la gestion à besoin, sans demande du manipulateur. Pour cela il suffit de configurer au préalable les alarmes qui semblent les plus intéressantes à surveiller. Fig.33 : Exemple d’affichage du panneau du caisson de gestion d’Elite 1000
  • 45. Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 44 / 120 Il existe un panel d’environ 300 erreurs, seuls celles qui seront stipulées par le manipulateur seront affichées sur son moniteur de contrôle. Les données échangées sont décrites sous la structure MIB, utilisant le langage normalisé ASNI. Cette structure est enregistrée dans un fichier qui est affiché sur l’écran de monitoring grâce à l’agent SNMP. L’émetteur génère un site web auquel nous pouvons accéder via la prise RJ45 présente sur la baie. Ce site fournit l’accès aux données de l’équipement (qu’elles soient statiques ou dynamiques), autant en lecture qu’en écriture. L’envoi de commandes est soumis à l'identification de l'opérateur et en fonction de son statut d'autorisation, elles seront ou non transmises. Ce site internet est compatible avec tous les navigateurs. La résolution maximale est de 1024 × 768. De base ce site est disponible en anglais et en français cependant, il existe sous d’autres langues. Fig.34 : Structure MIB de l’agent SNMP
  • 46. Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 45 / 120 Voici une image de l’écran de surveillance que l’utilisateur aperçoit : Les icones présents sur la gauche donnent accès à 6 pages distincts : Surveillance : Partie utilisée pour avoir accès à l’équipement contrôlant les installations. Quand elle est sélectionnée, elle occupe le milieu de la page principale. Commande : Partie utilisée pour accéder aux commandes de l’équipement, par exemple pour éteindre, allumer ou redémarrer l’émetteur etc… Configuration : Comme son nom l’indique, elle est utilisée pour configurer l’équipement. Les paramètres suivants peuvent être modifiables : o Les paramètres de modulations. o Les seuils d’ajustement. o Tout autre paramètre qui n’est pas considéré comme une commande de l’émetteur. Journal de bord : Partie qui affiche les éléments qui ont été sauvegardés dans le journal de bord, il est possible d’archiver et de traiter chacune de ces données. Fig.35 : Page de supervision typique du site web
  • 47. Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 46 / 120 Documentation : Nous trouvons ici sous format PDF toute la documentation qui attrait à l’émetteur, elle est entièrement téléchargeable. Est aussi expliquée toute la partie informatique de l’émetteur avec quelques tutoriaux pour une bonne utilisation du matériel. Administration : Utilisée pour configurer les profils utilisateurs et leurs droits d’accès. Nous y paramétrons aussi les adresses e-mails sur les quelles seront envoyées les alertes et autres indications pour la maintenance. C’est aussi dans cette partie que nous configurons le réseau (l’adresse IP de l’équipement, le serveur d’adresse mail, toutes les adresses et les ports utilisés et l’accès aux différents applications FTP). II.D.3 Système couplé entièrement isolé En anglais « Fully Isolated Coupling System », dans le jargon dit « FICS ». En voici ses points clés : Très haute isolation des amplificateurs. Connexion rapide et facile des amplis qui se plug directement sur lui. Aucune contrainte quant à l’emplacement de la charge de balance. N’est requis qu’une charge de faible capacité. Charge facilement accessible dans l’émetteur dont l’approvisionnement est simple car elle est standard. Possibilité de changer cette charge, émetteur en pleine émission. Des performances en large bande qui ne sont pas altérées en fonction du nombre d’amplis à combiner. Thomson à fait breveter cette architecture flexible, qui permet une configuration optimisée d’amplis. II.D.3.1 FICS, sa conception mécanique La principale qualité du FICS est son aisance à pouvoir s’adapter à toutes les configurations possibles. Il est envisageable de pouvoir y placer un nombre impaire d’amplis sans que cela occasionne un problème de symétrie. Ce qui aide considérablement à construire des émetteurs qui fournissent exactement la puissance voulue. Ce composant est indispensable pour des émetteurs qui ont une puissance de sortie très élevée. Le FICS permet de combiner les signaux de très hautes puissances qui sortent de chacune des baies, sans perdre ses aptitudes en large bande. Ci-après voici une photo représentant ce dispositif :
  • 48. Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 47 / 120 II.D.3.2 FICS, sa schématique L’émetteur Elite 1000 utilise un système de couplage à large bande qui fournit le meilleur compromis du marché entre les performances d’isolation et de couplage dans les bandes UHF et VHF. Ce système breveté par Thomson est une exclusivité, il n’est utilisé que par nous. Fig.36 : FICS à 12 entrées Fig.37 : Diagramme block du FICS
  • 49. Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 48 / 120 L’excellente isolation des entrées larges bandes du FICS provient en majeur partie de ses coupleurs 3dB. Cette performance large bande est aidée par le fait qu’il n’existe pas de contrainte de placement de charge, ce qui permet l’utilisation d’un combineur N-voies tout en obtenant une réponse très plate dans les bandes VHF et UHF. II.D.3.3 Les charges de balance Ces charges sont disposées sur une plaque de refroidissement liquide, telles que : Ces charges sont facilement accessibles et peuvent être remplacées par des simples résistances 50Ω en cas d’urgence. Tout ceci s’effectue aussi émetteur en marche. Fig.38 : Deux charges de balance montées sur une plaque de refroidissement liquide
  • 50. Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 49 / 120 II.E Le Sirius (émetteur de base, autrement appelé EMB) Le Sirius est l’élément clé de la transmission numérique TNT. La qualité du codage et de la modulation est très importante en ce qui concerne le DVB-T/H. C’est dans l’optique de répondre le mieux possible aux besoins de ces types de transmission qu’a été conçu le Sirius, il est néanmoins flexible sur un certain nombre de paramètres ce qui le rend vraiment très performant. Cet EMB respect à la lettre les critères imposés et détient donc les options de bases mais, pour une meilleure convivialité avec l’utilisateur, un certain nombre d’autres options lui ont été ajoutées pour faire de lui le produit le plus concurrentiel du marché. Ainsi l’accent a été placé sur la facilité d’usage de l’interface, ce qui rend plus simple la manipulation des réseaux de distribution du signal et assure une couverture maximale de celui-ci pour un prix minimal. Bien que le signal de TV pour DVB-T/H soit encodé d'une façon très robuste, en COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing) il subit tout de même les altérations traditionnelles et les déficiences connues de la TV analogique. Il existe évidemment quelques paramètres que nous pouvons régler pour solutionner tout problème comme le facteur de bruit, l’intermodulation ou encore la non-linéarité. Tout ceci est beaucoup plus simple à calibrer si les performances du COFDM sont optimales. C’est pour cette raison que l’axe principal de développement du Sirius a été porté sur sa fiabilité coté analogique, ce qui le rend très fiable et assurément le meilleur du marché. Fig.39 : Sirius
  • 51. Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 50 / 120 II.E.1 Applications Le Sirius a été conçu pour répondre au besoin de la DTV (Digital TV), c'est-à-dire, le codage de canal et la modulation. L'excitateur, qui suit la norme DVB-T ETS 300.744 V.1.5.1 (avec le complément DVB- H), fournit les fonctions de base pour traiter un flux MPEG et convertir les données résultantes en modulation COFDM. Le Sirius est doté d’un système d’exploitation Linux embarqué qui permet de gérer efficacement l’intégralité de l’EMB. Grâce à lui, il est possible d’émettre en MFN ou SFN. L’application première est la transmission du signal par ondes hertziennes, c’est donc sur les performances de transmissions qu’ont été portés les principaux axes de développement. Le signal COFDM cause aussi problème en termes de fréquences et d’amplitudes, ils se cumulent au comportement non-linéaire des amplis de puissances et à l’interférence des canaux adjacents, ce qui créé un certain nombre d’obstacles non négligeables pour produire un signal de sortie qui correspond aux exigences requises par les récepteurs. Etant doté d’un correcteur de non linéarité (NLC Non-linear correction) et d’un correcteur linéaire (ALE Automatic Linear Equalizer), le signal de sortie peut être traité de façon à couvrir une zone maximale à une puissance de sortie donnée. De plus un pré correcteur adaptatif linéaire est implémenté pour corriger les éventuelles déformations occasionnées par le filtre de sortie. II.E.2 Description du système La figure ci-après représente le diagramme bloc du Sirius, illustrant la mise en œuvre du principe DVB-T/H. Les entrées transportent un flux MPEG portant des informations sur le contenu du programme, le nombre de programmes et les données qui y sont attachées. Le format MPEG est conforme au standard ASI (Asynchronous Serial Interface). Avant de moduler le signal, un lourd procédé de correction d’erreurs et d’entrelacement divers est appliqué. Grâce à ces processus les récepteurs pourront récupérer l’intégralité de l’information même si le signal est vraiment altéré. L'étape de modulation est définie comme un excitateur OFDM. Un certain nombre de porteuses sont modulées avec le signal numérique, chacune est responsable du bon acheminement des parcelles d’information qui leurs sont affectées, tout ceci en étant modifié par les différents procédés cités ci- dessus. Chaque porteuse peut être modulée en QPSK, 16 QAM ou 64 QAM. Ces trois modulations sont supportées, le système "2Ko" utilise 1705 porteuses, le "4Ko", 3409 porteuses et le "8Ko" utilise 6817 porteuses. La largeur de bande est définie par le système et indique ainsi les pas de fréquence entre les porteuses.
  • 52. Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 51 / 120 Fig.40 : Première partie du schéma block du Sirius Partie dont je m’occupe
  • 53. Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 52 / 120 Fig.41 : Deuxième partie du schéma block du Sirius
  • 54. Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 53 / 120 De manière plus succincte, voici une présentation des fonctions détaillées du Sirius : Comme nous pouvons le voir sur le schéma ci-avant, un Sirius se décompose en 3 fonctions principales : La modulation numérique Le signal d’entrée est de forme MPEG. Il est d’abord codé suivant différents procédés qui vont le rendre plus robuste face aux perturbations. Ensuite il est modulé en fonction du standard. En sortie du bloc, nous retrouvons le signal modulé divisé en deux, mathématiquement parlant, nous traitons le signal sous forme complexe : Q correspond à la partie Réelle et I à la partie imaginaire. Si nous faisons le diagramme des constellations du signal, nous obtenons ceci, pour une modulation 64 QAM : I Q Fig.42 : Synoptique de base du Sirius Fig.43 : Constellation 64QAM fournit en sortie de Sirius
  • 55. Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 54 / 120 Chaque point correspond à un symbole. Nous pouvons voir sur ce relevé que le signal est très peu bruité car la mesure est effectuée directement en sortie de l’EMB. Le traitement de signal gère les différentes fonctions suivantes : la transposition en Fi (fréquence intermédiaire) égale à 27,5 MHz, Le Contrôle Automatique de Gain (CAG) via une tension mesurée sur les amplificateurs. La Correction Non-Linéaire (NLC) qui permet de corriger le défaut de non linéarité des amplis en générant une non-linéarité inverse. La correction linéaire (ALE) pour améliorer la bande qui est détériorée par le filtre de sortie (en option) mais aussi par certains défauts de l’émetteur. le convertisseur, effectue les conversions montantes (UP), c’est à dire sortantes, en transposant la Fi en RF (Haute fréquence) à la fréquence du canal, mais elle fait aussi les conversions descendantes (DOWN) c’est-à-dire entrantes pour qu’elles puissent être interprétées par le traitement de signal (transposition RF vers Fi). Nous l’appelons convertisseur complexe car il fait une conversion des complexes vers une forme dite naturelle. Voici une photo intérieure du Sirius : Fig.44 : Vue interne du Sirius
  • 56. Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 55 / 120 On y trouve : Le synthétiseur est principalement constitué d’un oscillateur à quartz de type OCXO, il s’agit d’une technique utilisée pour éviter les changements de température qui affectent la fréquence de résonance d’un quartz piézoélectrique. Nous plaçons le quartz à une température bien au-dessus de la température de son environnement de fonctionnement, environ à 80°C. Dans notre cas, ceci améliore la stabilité du quartz en fréquence. Il est plus précis et nous pouvons changer sa fréquence d’oscillation. L’oscillateur est placé dans une boucle à verrouillage de phase qui va permettre de l’asservir. La carte TX qui est celle qui créé les deux fréquences Q et I avant la modulation QAM 64. La carte la plus grande (cadre vert) est la « carte Digital » : elle gère toute la fonction modulation. Pour cela, elle utilise un Power PC avec linux embarqué mais aussi un FPGA car beaucoup plus modulable qu’un microcontrôleur. La carte TS (cadre violet) où se situe le traitement de signal (CAG, NLC…) ici c’est aussi un FPGA qui s’en charge. La dernière carte est la TC/TS : c’est une interface pour véhiculer certaines informations entre l’émetteur et la gestion. Les langages de programmation utilisés sont : Le VHDL pour les FPGA, Le Java et html pour l’interface web, Le reste est programmé en C et C++.
  • 57. Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 56 / 120 II.F Les défis de l’EXC3G Le green power : Nous travaillons sur la nouvelle gamme d'émetteur de télévision Green Power nommée « Elite ». Ces émetteurs UHF disposent de la technologie LDMOS 50-V, ce qui permet une hausse de 96KW en DVB pour une économie d’énergie de 15% par rapport à son prédécesseur. En utilisant la précorrection adaptative numérique en temps réel (le DAP), cette gamme d’émetteurs fournit une efficacité de transmission de pointe, avec une puissance de production optimisée et une qualité du signal exemplaire. Grâce au design hot-swappable de cette gamme green power, l’opérateur peut facilement augmenter sa puissance d’amplification, il peut aussi effectuer la maintenance de son émetteur tout en le laissant actif et cela sans consommation supplémentaire d’énergie. Les concepts optiphase et optigain et le système de gestion d’alimentation automatique qui sont incorporés, garantissent une consommation minimale pour des performances optimales. Depuis les premières heures de la radiodiffusion, le nom de Thomson a été synonyme d’expertise et d’innovation au plus haut niveau. Associé et éprouvé par les leaders mondiaux de la diffusion, Thomson a ouvert la voie dans beaucoup de domaines qui ont formé l’industrie. Les innovations principales sont la précorrection adaptative numérique (DAP), la radio numérique mondiale (DRM) et la radiodiffusion numérique (TAMPONNE). Récompensé de multiple fois aux Emmy awards, Thomson a à son actif plus de 50 brevets sur des technologies devenus fondamentales pour la radiodiffusion. Thomson Broadcast construit sur ce grand héritage et avec un grand nombre de leaders du marché des produits pour la télévision terrestre et la radiodiffusion. Avec plus de 50 000 systèmes de transmission actifs dans le monde et une présence de support interplanétaire, Thomson Broadcast a forgé des technologies pour l’avenir, avec des initiatives comme Green power innovator. Les innovations de l’EXC3G: Nouveaux types d’amplification Compatible avec la technologie DVBT-2 Dans un seul rack sera présent deux émetteurs de base Traitement du flux vidéo sous IP Un nouveau design épuré avec retrait des composants obsolètes et une conception orientée autour des composants programmables pour éviter le plus possible les composants analogiques et donc réduire considérablement les pannes. En compactant le plus grand nombres de fonctions dans un FPGA il nous est aussi plus simple de mettre à jour l’émetteur. Le découpage fonctionnel est plus ergonomique, on utilise une carte par fonction.
  • 58. Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 57 / 120 II.F.1 EMB de l’EXC3G Voici le schéma block du nouvel EMB. La figure ci-après résume les différentes fonctions d’un émetteur : FIG.45 : Synoptique d’un émetteur de base Un émetteur est un système complexe associant de nombreux éléments comportant toutes les grandes thématiques de l’électronique comme : l’électronique RF, les systèmes intégrés numériques (FPGA, CPLD, DSP, µcontrôlleur), l’électronique analogique, l’électronique de puissance et l’informatique. Suite à la compréhension du système actuel, il m’a été demandé d’élaborer la carte GPS qui s’insère dans le projet EXC3G (Exciter 3ème génération), en voici quelques vues 3D : Fig.46 : Vue de la face avant de l’EXC3G
  • 59. Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 58 / 120 L’EMB a donc changé conceptuellement, maintenant il y a une carte mère qui ne sert qu’à connecter les autres cartes les unes aux autres. Chacune d’elles représente une fonction, par exemple, la carte UP et la carte DOWN, qui sont séparées alors que dans l’ancienne version, elles étaient réunies dans le même support. Dans ce nouvel émetteur de base on a aussi fait une seule carte de la partie réception GPS et génération des différentes horloges de l’EMB, que nous appelons la carte GPS. Les autres cartes sont comme la mienne, en conception, donc je n’en ferai pas mention par la suite. II.F.2 Description du projet Après avoir Conçu les partie analogiques des cartes UP et DOWN, mon maître d’apprentissage m’a confié la mission de réaliser intégralement la carte GPS. En premier lieu, j’ai dû comprendre l’intérêt de cette carte : Fig.47 : Vue interne de l’EXC3G
  • 60. Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 59 / 120 Selon les endroits où seront installés les émetteurs, ils auront besoin d’être soit en MFN, soit en SFN. Pour comprendre ces deux concepts, le Multi Frequency Network et Simple Frequency Network, il faut avoir en tête ce schéma de disposition géographique des différents émetteurs sur un même territoire : Premièrement nous ne maitrisons pas au mètre près le cercle d’émission de nos appareils et deuxièmement, il serait trop complexe de réussir à ce que chaque zone soit juste à côté l’une de l’autre sans se toucher tout en recouvrant toute la surface. Ici le schéma représente une zone d’émetteur en MFN, ce qui implique, que chacun émet sur une fréquence différente et que donc aucun n’interfère son ou ses voisins. Par contre de ce cas nous sommes en SFN : Fig.48 : Schéma du chevauchement des rayons d’émission des émetteurs en MFN Fig.49 : Schéma du chevauchement des rayons d’émission des émetteurs en SFN
  • 61. Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 60 / 120 Le SFN est la solution la plus largement utilisée, elle permet d’éviter de prendre trop de place sur les bandes de fréquences allouées à la télé. C’est aussi plus simple pour les diffuseurs et cela permet aussi d’éviter de calibrer souvent les appareils qui reçoivent ces ondes. Le vrai inconvénient de cette solution est que chacun doit émettre exactement en même temps car si un déphase est présent, même infime, le signal sera altéré fortement dans les zones de chevauchement. Pour éviter quelconque déphase, une solution existe, il faut que chaque émetteur soit asservie par la même fréquence, mais comment faire ? C’est simple, un satellite envoie à tous un signal GPS sur lequel ils peuvent s’asservir. D’où la nécessité de cette fameuse carte GPS. Après avoir assimilé les enjeux de cette carte, on m’a confié la mission de l’élaborer… Au commencement, j’ai dû établir un cahier des charges en fonction des différentes spécificités demandées. Tout d’abord j’ai réalisé simplement ce schéma qui spécifiait les entrées et les sorties dont nous avons besoin : Il faut savoir que selon l’endroit où l’émetteur sera installé, il y aura peut-être déjà sur place les trois signaux suivants, le 10Mhz externe, 1PPS externe et UTC externe. Certains diffuseurs préfèrent utiliser leur propre récepteur GPS car ils le considèrent plus performant que celui que nous implémentons dans notre système. C’est à la suite de ceci que le vrai travail d’étude et de réalisation a eu lieu. Fig.50 : Schéma de base de la carte GPS
  • 62. Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 61 / 120 PARTIE III Etudes et Réalisations
  • 63. Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 62 / 120 III.A Conception des différentes fonctions III.A.1 Elaboration de base des fonctions principales Comme mentionné précédemment, j’ai plusieurs entrées possibles mais je dois toujours obtenir les deux signaux suivant en sortie : Le 10Mhz Le 1PPS Plusieurs cas de figures s’offrent à moi au niveau des entrées, mais nous n’utiliserons qu’une source pour s’asservir, les voici dans l’ordre où nous les utiliserons en fonction de leur disponibilité : Le 10Mhz d’entrée car il est toujours plus simple de s’asservir analogiquement sur un signal, si nous avons déjà le 10Mhz nous ne devons donc pas le reconstituer avec d’autres signaux, c’est une fiabilité supplémentaire. Ensuite nous choisirons le 1PPS d’entrée, si le 10Mhz est absent. Nous devons nous asservir numériquement sur lui pour produire un 10Mhz de sortie. Le signal GPS externe, c’est la solution la plus complexe qui vise à décrypter les signaux reçus par satellite pour engendrer un 1PPS. C’est en sachant ceci que j’ai pu songer à élaborer les fonctions principales de mon projet. Je ne décrirai pas en profondeur toutes les étapes par lesquelles je suis passé pour obtenir ces fonctions. Le fil de ma pensée a été de réussir à subdiviser chaque block de plus en plus, jusqu'à obtenir des fonctions que je pouvais transformer en schéma électrique. En premier lieu, j’ai tenté de faire un schéma complet, sur lequel apparaîtraient toutes les fonctions principales, j’ai considéré que le FPGA était une fonction principale, même s’il en contient un certain nombre. C’est seulement par la suite que j’ai approfondi les fonctions principales, qui se résument aux nombre de 5 et qui sont les suivantes : Inputs management Outputs Management PLL Power supply FPGA Ci-après le schéma complet des différentes fonctions principales de la carte GPS :
  • 64. Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 63 / 120 rf_gps_1 1 pps gps_1pps spartan xc3s200 AN 4FTG256C bga 17*17mm² 195 IO 1 pps_ext_in jtag usb eeprom 1K octet 1 pps_ext_out gps_IT gps1_rs232_rx gps1_rs232 _tx rx_tsip tx_tsip rx_nmea tx_nmea GPS receiver LVTTL reset_dsp reset_prog_fpga gps_10M_status vcom_pll TTL / 50ohms rs232 gps externe tx_nmea or tx_tsip rx_nmea or rx_tsip gps_data(7..0) TTL gps_1pps gps_1pps gps_dat_fpif(1..0) amp G=3.3 loop filter amp phase comp select_vcom_pll 0 to 10V 2Vpp -10 to +10 dBm 0 to 3V lowpass filter LVPECL or LVTTL max4644 hmc439 5V 100mA 0 to 5V Power supply management gps_10Mhz gps_10Mhz gps_10Mhz gps_10Mhz gps_10Mhz gps_10Mhz 10 dBm ocxo dual footprint jumbostar FB 108 A 10 (250mA 12V) ocx0vt_br 1_bv5 (110mA +5V) 3dBm 0dBm hcmos Outputs management 10 Mhz_ext_in 10 Mhz_ext_out 13 dBm +/- 2dB Att+6dB filter Att+6dB amp select_10Mhz_out -10 to +10 dBm 10Mhz input management Fig.51 : Schéma block de base de la carte GPS
  • 65. Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 64 / 120 Sur ce schéma j’ai voulu faire paraitre plusieurs choses, tels que : Les différents niveaux de puissance, en dBm, à plusieurs endroits clés dont, en entrée et en sortie de certaines fonctions principales, dans l’idée de répondre le mieux possible au cahier des charges établi au préalable. Les différents niveaux de tension, ici c’est plus dans l’idée de correspondre aux exigences des composants que nous sommes sûrs d’utiliser. Une esquisse des différents signaux qui transiteront au travers du FPGA. Nommer déjà les composants que nous sommes sûrs d’utiliser par la suite, même s’ils changeront peut être par la suite. III.A.2 Choix des différents composants En ce qui concerne le choix des différents composants, j’avais en tête les niveaux de puissances exigés à certains endroits et certaines fonctionnalités qui seraient vraiment appréciables, comme par exemple, de pouvoir éteindre quelques amplis via le FPGA. Il est aussi question de connaitre les impédances d’entrées et de sorties pour que tout le système soit bien adapté. Etant en haute fréquence, nous nous adaptons sur 50 ohms. Je ne rentrerai pas dans les détails en ce qui concerne le choix de chaque composant, même si c’est l’opération qui m’a pris le plus de temps dans mon projet. Ce n’est cependant, vraiment pas la partie la plus intéressante. Ma démarche était de définir mon besoin en terme de fonction, comme : Amplifier. Un interrupteur commandé par le FPGA. Un régulateur spécifique. Un convertisseur DC/DC précis. Un filtre. Un comparateur de phase. Un OCXO. Un convertisseur de forme d’onde (sinus en carrée ou inversement). Un driver de ligne (contre l’électricité statique). Lorsque j’avais identifié mon besoin, je regardais déjà sur l’ancien schéma pour savoir quel composant était utilisé, si tant est qu’il y en ait un qui fasse la fonction demandée. J’allais ensuite, sur ces différents sites pour essayer de trouver mieux en terme de performance, de prix, d’ergonomie et de consommation :
  • 66. Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 65 / 120 Analog Device Avnet AVX Digikey Farnel Futurelectronics Hittite Maxim Seuls les sites en gras sont des fournisseurs, ceux avec qui nous pouvons discuter des prix ou d’autres modalités. A chaque composant que je sélectionnais, il fallait être sûr qu’il réponde, premièrement, au besoin défini au préalable, deuxièmement, qu’il ne soit pas en cours d’obsolescence ou en fin de vie. En prévoyant des pannes, d’ici 5 à 10 ans, il ne faut pas que les composants que nous utilisons à l’heure actuelle soient obsolètes et qu’ils ne soient plus produits par les fabricants d’ici 5 ans. Le calcul est simple, lorsque nous lançons un produit tel que l’EXC3G, nous pensons le commercialiser entre 10 à 15 ans, selon les pays, sachant que nous proposons des garanties de 10 ans, il faudrait pouvoir être sûr d’être capable de fabriquer certaines cartes environ 25 ans après leurs premières industrialisation. C’est la raison pour laquelle nous sommes très minutieux sur les cours d’obsolescence. Dans mon choix, entrait en ligne de compte le prix. A plusieurs reprises, j’ai dû abandonner l’idée de prendre tel ou tel composant, car il était excessivement coûteux par rapport à l’importance qu’il avait au sein de mon projet. Généralement, les surprises que j’avais en termes de prix étaient toujours justifiées par un surdimensionnement des capacités du composant par rapport à celles demandées. Il est très difficile de trouver le composant qui réalise exactement la fonction souhaitée et avec exactement les mêmes caractéristiques que celles dont nous avons besoin. A chaque choix de composant, j’ai dû faire un compromis. Je me suis rendu compte que naturellement, les composants qui existaient chez les fournisseurs, sont ceux les plus demandés par les fabricants d’électronique et par la même, j’ai compris que notre secteur d’activité est très petit et donc peu de composants étaient exactement adaptés à ma demande. En terme d’économie et pour une simplicité de maintenance, j’ai aussi dû utiliser le plus de fois possible les même composants pour des fonctions différentes. Même si au sein de Thomson nous avons des spécialistes qui s’occupent des cours d’obsolescence, nous ne pouvons jamais être sûrs à 100% que chaque composant que nous avons choisi sera encore fourni d’ici 10 à 15 ans. Donc pour éviter certains problèmes d’approvisionnement, on essaye d’avoir le moins possible d’analogique dans nos cartes, en sachant que l’idéal serait que tout tienne dans un FPGA, mais comme c’est Miteq Murata National instrument On semiconductor Radiospare Synergy Miniciruit
  • 67. Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 66 / 120 impossible, nous faisons en sorte de réduire au minimum le nombre de composants différents. Une nomenclature allégée permet aussi de réduire les coûts d’approvisionnement, car nous achetons en plus grosse quantité. Il existe un gros paramètre à prendre en compte encore, celui de la tension d’alimentation, nous essayons de réduire le nombre de tensions d’alimentations différentes au minimum. C’est encore une fois pour des raisons pécuniaires car moins de tensions différentes on a à fournir, moins de convertisseur DC/DC ou régulateur on aura besoin. J’ai aussi dû prendre en compte les délais d’approvisionnement, car pour certain composants je devais attendre 30 semaines ! Ce qui n’était pas envisageable selon mes plannings. En plus des délais j’ai aussi dû jouer avec le nombre minimum d’unités à acheter par commande, parfois nous ne pouvons pas acheter moins de 50 000 fois le même composant, ce qui encore une fois n’était pas envisageable… Tous ces paramètres pris en compte restreignaient fortement le nombre de composants qui correspondaient aux critères et au final pour une même fonctionnalité, je devais avoir le choix, au maximum entre 2 ou 3 composants qui remplissaient toutes les exigences. Bien souvent, je ne réussissais à trouver qu’un seul composant idéal. Dans plusieurs cas de figures, j’ai dû adapter mes exigences au composant qui répondait le plus à ma demande. Je répercutais sur d’autres éléments les performances qui me manquaient sur le composant que j’avais été obligé de choisir.
  • 68. Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 67 / 120 III.A.3 Fonction 10Mhz Input management Par la suite j’ai approfondi mes recherches pour obtenir des fonctions principales plus détaillées. Voici le schéma de la fonction 10Mhz Input Management : -3dB filter -1dB -6dB comp phase HMC439 13dBm 13dBm 2.8Vpp 50 ohms 500 50 ohms 5.6Vpp 3dBm 0dBm 6dB 2.8Vpp 3dBm 2.5dBm -2.5dB 3dBm 2.5dBm 0.84Vpp adg904 adg901 off 1.4Vpp 500 6dB 6dB filter -1.5dB 0.7Vpp LMH6733 +/-5V 2.5V 2.5V conso +/-5V supply 6mA*3=18mA signal 23mA*1=23mA +5V 100mA comp_phase 100U LMH6733 = 1* 5.0E Adg901 = 1* 1.4 E Adg904 = 1 * 2.2 E HMC439 = 1* 13 E MC100EPT21= 1* 6E ------------------------------ 28 Euro 100U mc100ept21 60mW +3V3A to fpga for detection att Ici nous voyons apparaitre beaucoup de noms de composants tels que le triple ampli LMH6733 de chez National Semiconductor, les switchs ADG901 et ADG904 de chez Analog Device et le MC100ept21 de chez On Semiconductor. Nous ne nous occuperons pas ici du HMC439 qui est un phase frequency detector de chez Hittite. Fig.52 : Schéma de la fonction Input management de la carte GPS
  • 69. Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 68 / 120 On remarque aussi à gauche, que j’ai calculé le prix de revient de cette fonction pour des commandes de 100 composants de chaque catégorie. A droite j’ai aussi effectué un calcul préalable de la consommation de cette fonction. Le but de cette fonction est de : Pouvoir choisir le 10Mhz que nous voulons en sortie, entre celui d’entrée et celui après asservissement. Sortir un 10Mhz au niveau requis, ici 13dBm +/- 2dB. Fournir au comparateur de phase (phase frequency detector) un 10Mhz purifier et au niveau de puissance attendu. Nous avons ajouté une autre fonction, pour économiser de l’énergie et fiabiliser le système, lorsque nous sélectionnons le 10Mhz d’entrée à remettre en sortie, cela implique que nous ne n’utiliserons pas la partie d’asservissement de fréquence, donc nous avons placé un Switch qui permet d’isoler le phase frequency detector. Nous utilisons le MC100EPT21 simplement dans l’optique d’avoir une vérification au sein du FPGA qui vise à déterminer la présence d’un signal qui oscille assez précisément à 10Mhz. C’est par expérience que nous savons qu’il faut une alerte sur l’IHM qui exprime le fait que le 10Mhz d’entrée est défectueux. L’erreur la plus fréquente sur le site d’émission, est que le client oubli de brancher le câble sur le Sirius, il est donc impossible pour l’EMB de s’asservir dessus. J’ai dû élaborer les filtres en fonctions du gabarit qui m’était imposé, pour éviter les calculs fastidieux, j’ai utilisé un logiciel de simulation de filtre renommé, aujourd’hui il appartient à d’Agilent : Voici la réponse des deux filtres présents au sein de cette fonction :
  • 70. Bruno BARTOLI – Projet industriel ENSEA-ITI / THOMSON GRASS VALLEY France SA 69 / 120 En rouge c’est la courbe de gain du filtre, en bleu la courbe d’isolation En travaillant avec Eagleware j’ai donc obtenu le filtre suivant : J’ai évidemment paramétré les composants à la main pour qu’ils aient des valeurs normalisées. Fig.53 : Réponse des filtres de la fonction 10Mhz input management Fig.54 : Schéma des filtres de la fonction 10Mhz input management