Brevet FR2458958A1 — publié le 19810102

La présente invention concerne un système de transmission d'informations numériques à détection Eb correction d'erreurs. Lorsqu' on transmet des données numériques à travers des systèmes de transmission qui donnent lieu à des erreurs sur des positions binaires, il est connu d'employer un système de transmission susceptible de détecter et de corriger de telles erreurs. Dans certains systèmes de transmissionr les erreurs sur les positions binaires se produisent de façon sensiblement répartie dans le temps et des moyens ont été mis au point, que l'on appelle souvent des codes,qui sont particulièrement souhaitables pour détecter et corriger une telle distribu- tion d'erreurs. Dans d'autres systèmes de transmission, par exemple liés à des systèmes radio mobiles, la proba- bilité est très grande que. les erreurs sur les positions binaires se produisent par groupes, souvent appelés "burst", qui sont souvent dues à un affaiblissement (fading). Le système de transmission conforme à la présente invention présente des avantages particuliers quand on l'utilise avec des moyens de transmission dans lesquels les erreurs sur les positions binaires se produisent particulièrement en groupes. Les sytèmes de transmission connus du genre précité comprennent en outre des moyens pour assurer la synchronisation entre l'émetteur et le récepteur de manière que le récepteur soit informé de l'instant de départ du message ou d'une certaine partie de ce message. A cette fin on peut utiliser des séquences spéciales de positions binairesdans lesquelles bien entendu des erreurs peuvent également se produire pendant la transmission. Il est connu de prévoir des moyens dans le système de décodage qui est agencé pour ignorer un certain nombre d'erreurs de positions binairessurvenant au cours de la transmission des carac- tères de concordance. Le procédé de détection d'erreurs le plus commu- nément utilisé implique la transmission de positionsbinai- res de contrôle dont la valeur dépend des valeurs des positions du mot qui doit être protégé par ces positions de contrôle. Parmi ces méthodes, la plus connue est celle dans laquelle on utilise le contrôle de parité, mais des contrôles polynômiaux plus complexes sont aussi connus, qui sont dérivés d'un polynôme et qui sont décodés suivant le même polynôme. Pour détecter et corriger les erreurs, il est également connu d'utiliser une procédure de répétition de mots. Ici, le schéma de décodage consiste à comparer les transmissions répétées du même mot, position par position, et on considère comme correctement reçue la position qui se produit le plus fréquemment. Le procédé est appelé correction d'erreurs par "vote" et a en outre été proposé pour comparer des combinaisons de positions binaires. La valeur pratique des différents procédés peut d'une part être calculée et d'autre part être mesurée en termes d'acceptation de message définis par le rapport, exprimé en pour-cent, entre le nombre de messages correc- tement reçus et le nombre de messages transmis. La présente invention se rapporte à un système de transmission numérique comprenant des moyens de codage et de décodage ainsi que des moyens de synchronisation, et son but est de procurer une acceptation améliorée des messages notamment lorsqu'on utilise les moyens de trans- mission dans lesquels des erreurs se produisent fréquem- ment, spécialement par groupes. Suivant l'invention,le système de transmission d'informations numériques à détection et corrections d'erreurs comprend des moyens pour diviser un train d'informations en messages et chaque message en mots, des moyens de décodage, des moyens de synchronisation, et des moyens pour répéter chaque mot au moins une fois. Il est caractérisé en ce qu'il comprend: - des moyens pour exécuter une opération "OU-Exclusif" entre chaque mot ou chaque répéti- tion de mots et chaque partie d'une configuration prédé- terminée de positions binaires présentant un coefficient d'autocorrélation élevé; - des moyens pour exécuter une opération "OU Exclusif'sur chaque mot ou mot répété et chaque partie de la même configuration de positions binaires pendant le décodage ___- - des moyens pour comparer chaque mot avec la répétition du même mot jusqu'à ce que la comparaison traduise une identité - des moyens pour accepter une telle identité comme un mot correctement reçu et pour rejeter le mot en cas de non identité; et - des moyens pour considérer l'identité reconnue comme une information de concordance. D'autres particularités et avantages de l'inven- tion ressortiront encore de la description détaillée qui va suivre. Aux dessins, annexés donnés à titres d'exemples non limitatifs: la figure 1 est un schéma par blocsd'une station radio pourvue d'un système de transmission conforme à l'invention, - les Figures 2a et 2b représentent des messages d'un type connu, - les figures 3a à 3f représentent un certain nombre de messages transmis par le système de transmission conforme à l'invention, et - la figure 4 montre le résultat de mesure traduit en courbesde l'acceptation de messages en fonction d'un signal HP moyen pour deux systèmes de transmission numérique d'un type connu et pour deux systèmes de transmission numérique conformes à l'invention. La station de radio représentée sur la figure 1 comprend une antenne 1 qui, par l'intermédiaire d'un câble 2, est connecté à un commutateur d'antenne 3 actionné par un relais électronique 4 susceptible de connecter l'antenne 1 à un émetteur 5 ou à un récepteur 6. Un second relais 7, également commandé électroniquement possède des contacts 8 susceptibles de connecter l'émetteur 5 à un modulateur 9 ou à un amplificateur 10 comprenant un microphone 11 et un contact 12 capable de connecter le récepteur 6 à un démodulateur 1e ou à un amplificateur 14 comprenant un appareil 15 de reproduction du son. Les relais 4, 7 et 12, l'émetteur 5, le récepteur 6, le modulateur 9 et le démodulateur 13 sont reliés res- pectivement par des conducteurs à une unité 16 d'entrée- sortie d'un microcalculateur qui comprend essentiellement un microprocesseur 17. Le microprocesseur est connecté de façon connue à un cadenceur 18, à. une mémoire ROM ou PROM 19, à une mémoire RAM 20 et à une horloge 21, respec- tivement. Le microcalculateur peut encore être connecté par un certain nombre de lignes indiquées sous la référence générale 22 à divers appareils de contrôle tels que des lampes, des sonneries, des dispositifs de visualisation, des boutons-poussoir, des commutateurs, des clés, des imprimantes ou autres. On comprend que l'émetteur-récepteur ainsi décrit peut communiquer des messages binaires ainsi que des signaux analogiques tels que la parole, et que ce système est capable d'être commuté entre une transmission numérique et une transmission analogique. C'est dans la mémoire ROM 19 qu'est stockée linformation indiquant de quelle manière le message à transmettre par le modulateur 9 et l'émetteur 5 à un récep- teur éloigné doit être formulé et de quelle manière le message reçu d'un émetteur éloigné doit être décodé. Le contenu utile des messages est arbitraire mais peut par exemple être relatif à un appel sélectif à un autre récepteur ou peut être une information sur une condi- tion enregistrée localement et qui est acheminée par l'une des lignes 22 sous forme analogique ou numérique. Sur la figure 2 est représenté un message dans un format connu impliquant une détection d'erreur mais non une correction d'erreur. La longueur du message est de 52 positions binaires dont les douze premières sont utili- sées pourla synchronisation du message, les trente-deux positions suivantes représentant des positions de données et les huit dernières positions étant des positions de contr8le à redondance cyclique (CRC) qui peuvent être calculées par l'émetteur aussi bien que par le récepteur sur la base des trente-deux positions précitées. Si le récepteur reconnaît les positions de contrôle comme sans rapport avec les positions de données reçues, ceci est interprété comme détection d'une erreur de transmission et le message est rejeté. Des formats de ce type sont couramment utilisés dans plusieurs pays en raison de leur structure simple, mais, en raison du fait qu'une seule erreur de position binaire dans le message provoque son rejet, l'acceptation de messages est relativement mauvaise comme le montre la courbe 41 de la figure 4. Un autre format qui, dans le but de donner une bonne comparaison, comprend trente deux positions de données et, à c8té de cela, est construit suivant des principes connus procure une détection d'erreur ainsi qu'une correc- tion d'erreur. Ce format de message, représenté sur la figure 2b contient cent vingt quatre positions au total et commence par trente-deux positions arrangées suivant une configura- tion prédéterminée à coefficient d'autocorrélation élevé servant uniquement de configuration de synchronisation du message. La correction d'erreur dans la partie de concor- dance du message résulte du fait que l'on exige seulement que vingt-huit sur le total des trente-deux positions soient correctement reçues pour accepter la configuration de syn- chronisation du message. Ce critère est un compromis acceptable entre la tolérance d'un nombre d'erreurs aussi large que possible et le rejet d'un nombre de fausses synchronisations de messa- ge qui serait perturbateur. La section de synchronisation du message est suivie par un total de quatre-vingt-quatorze positions parmi elles trente-deux positions sont des positiorsde données, huit sont des positions CRC et les cinquante-deux positions restantes sont des positions de redondance. La correction d'erreui dans cette partie du message est effectuée en codant ces trente-deux positions de données et huit positions CRC d'après un code appelé HAgelbarger décrit pr B.W. Hagelbarger dans Bell Systems Tech. Journal, vol. 38, 1969, PP 969-984. Ce code a la possibilité de corriger jusqu'à six erreurs consécutives de positions Les dix-neuf positions suivantes doivent être correctes et il est alors capable de corriger de nouveau les six erreurs de position suivantes consécutives (au maximum), et ainsi de suite. L'acceptation de messages dans le format ainsi décrit est représentée-par la courbe 42 sur la figure 4. La figure 3a représente une réalisation d'un code de messages d'une longueur de quatre-vingt-seize positions binaires et comprenant des moyens de transmission conformes à la présente invention. Les références Bi, B2, B3 et B4 désignent des multiplets de données 1, 2, 3 et 4, respective- ment; on.notera qu'un multiplet comprend huit positions binaires. Ici, un multiplet de données correspond à un'not" et il apparaît que le premier mot est transmis suivi par deux répétitions après quoi la même configuration est répé- tée pour les trois mots suivants du message. Le décodage s'effectue en comparant chaque mot avec la répétition du même mot jusqu'à ce que la comparaison montre une identité. On voit qu'un multiplet dans chacun des quatre groupes qui comprennent chacun trois multiplets peut comprendre une erreur sans que la détection soit perturbée, ce qui consti- tue la correction d'erreur. Si plus d'un des trois multiplets d'un groupe sont erronés, alors aucune des comparaisons ne montre une identité, ce qui cause le rejet du message, ceci constituant la détection d'erreur. Le vote par multiplet procure une détection d'erreur contrairement au vote par position qui procure une correction d'erreur uni- quement parce que deux multiplets sur trois au moins doivent être identiques, alors qu' en votant au niveau de la position binaire au moins deux sur trois des positions doivent être identiques, ce qui est bien entendu toujours le cas. Le vote au niveau du multiplet, en particulier, présente un avantage quand le signal d'entrée au décodeur est aléatoire (bruit). Dans ce cas, le vote au niveau de la position binaire se traduit toujours par un message erroné, alors que, par le vote au niveau du multiplet, les positions binaires individuelles dans au moins deux multi- plets doivent être en concordance. Il peut arriver, cepen- dant, que deux multiplets dans le même groupe soient enta- chés d'err.euisdans des positions binaires identiques, ce qui se traduit par une détection fausse. Cette éventualité se présente dans n'importe quel code. Si l'on souhaite une sécurité plus grande que celle obtenue de la façon qui vient d'être dite, le message peut être prolongé par un multiplet supplémentaire, qui sert de contrôle à redondance cyclique (CRC) . Ce multiplet doit alors être répété comme les quatre multiplets de données et doit être décodé de la même manière. Dans ce qui a été décrit jusqu'ici, on n'a pas traité de la synchronisation du message, dans un but de simplification. La configuration de positions transmise en réalité n'est pas celle de la figure 3a mais celle de la figure 3b. On notera ici que le signe + cerclé signifie'OU-Exclusif". On connaît plusieurs moyens pour réaliser cette opération. Les multiplets C1-C12 représen- tent douze multiplets qui ont été prédéterminés comme mots de concordance et ont été choisis à partir d'une configu- ration binaire présentant un coefficient d'auto-corrélation élevé, c'està-dire que la configuration binaire représente une séquence binaire pseudo-aléatoire comprenant des nombres pairs de positionsO et de positions1 qui peuvent par exem- ple être engendrés dans unregistre à décalage muni d'une ou plusieurs boucles de contre-réaction. Dans le décodeur, les douze multiplets reçus sont soumis à une opération'OU Exclusif" avec la configuration de concordance choisie dont sontmunis les mots initiaux. Ceci est dû au fait qu'un mot soumis deux fois à une opéra- tion"OU Exclusif'réapparaît inchangé. Par cette procédure, on obtient que, dans le cas o le décodeur ne possède pas en mémoire la'Tenêtre" binaire appropriée, la probabilité est très faible que l'une des comparaisons montre une iden- tité. Ceci constitue la synchronisation du message. Ainsi, les douze multiplets C1-C12 structurent le message à décoder, c'est-à-dire que le décodeur connaît le commencement et la fin. Par suite, la synchronisation de messages conformes à l'invention a pour effet de rendre inutile une configuration de concordance de messages avant chaque message ainsi que le montrent les figures 2a et 2b. Par le choix de différentes configurations de positions C1-C12 dont chacune présente un coefficient d'auto-corrélation élevé mais sont mutuellement orthogonales, le code de message conforme à l'invention peut être utilisé immédiatement pour des appels sélectifs. Ainsi il est possible d'appeler différentes unités par simple changement de la configuration de concordance c'est-à-dire sans utili- ser des positions du message lui-même. On sait que dans le cas de transmission de données à partir de radios mobiles les erreurs de positions binaires se présentent souvent comme un certain nombre d'erreurs consécutives. Pour cela, il peut être avantageux de choisir, au lieu de la configuration représentée sur la figure 3a, la configuration représentée sur la figure 3c qui peut s'appliquer jusqu'à seize erreurs de positions consécutives survenant jusqu'à deux fois. Deux groupes d'erreurs de positions contenant chacun. neuf erreurs de positions et séparés- l'un de l'autre par trente-neuf positions sont corrigés- avec certitude. Une autre possibilité peut consister à choisir la séquence représentée sur la figure 3d, qui est capable de s'appliquer à douze erreurs consécutives de positions apparaissant seulement une fois. Des groupes d'erreurs de position contenant chacun vingt-cinq erreurs sont corri- gés avec certitude. Le choix de l'un des formats montrés sur les figures 3a, 3c ou 3d, respectivement, dépend de l'appréciation que l'on fait de la correction d'erreurs. L'augmentation du nombre d'erreurs consécutives pouvant être corrigées a pour contoe-partie une moindre efficacité pour les erreurs de positions réparties uniformément. Sur la figure 4, la courbe 43 montre l'accepta- tion de messages du code représenté sur la figure 3c. Une acceptation de messages encore meilleure peut être obtenue si la longueur du message est étendue jusqu'à, par exemple, cent-vingt-huit positions binaires. Ceci permet à chaque mot d'8tre transmis quatre fois comme montré sur la figure 3e. Cette structure s'applique jusqu'à seize positions binaires consécutives apparaissant jusqu'à quatre fois, ces quatre groupes d'erreurs contenant chacun jusqu'à neuf erreurs et séparés l'un de l'autre par aumoins vingt trois positions binaires sont corrigés avec certi- tude. Les mots peuvent Ctre interchangés comme représenté sur la figure 3f, de sorte que ce qui est répété, c'est une paire de mots, et la comparaison peut alors être effectuée entre les mots eux-mêmes ou entre les paires de mots. Un message tel que celui de la figure 3f résiste jusqu'à trente-deux erreurs consécutives de positions binaires en ce qui concerne chaque moitié du message, et des groupes de vingt- cinq erreurs de positions consécutives séparés par trente- neuf positions sont corrigés avec certitude. L'acceptation de messages d'une transmission codée de cette manière est illustrée par la courbe 44 sur la figure 4. Quand la séquence de comparaison exécutée au cours de la procédure de décodage est adaptée à la distribution statistique des erreurs de positions binaires du canal de transmission en cause, il est possible d'améliorer l'accep- tation de messages de ce canal. Bien que l'on ait montré, en relation avec la figure 2, que le décodage est exécuté au moyen d'un microcalculateur, il est bien entendu que la procédure de comparaison peut être effectuée dans des circuits habituels à composants de circuits intégrés par exemple du type TTL ou CMOS. REVENDICATIONS 1. Système de transmission d'informations numéri- ques à détection et correction d'erreurs, comprenant des moyens de codage pour diviser un train d'informations en message et chaque message en mots, des moyens de décodage, des moyens de synchronisation, et des moyens pour répéter chaque mot au moins une fois, caractérisé en ce qu'il comprend: - des moyens pour exécuter une opération "OU- ExclusiP'entre chaque mot oechaque répétition de mots et chaque partie d'une configuration prédéterminée de positions binaires ayant un coefficient d'autocorrélation élevé; - des moyens pour exécuter une opération "OU- Exclusif"entre chaque mot ou chaque répétition de mots et chaque partie de ladite configuration durant le décodage; - des moyens pour comparer chaque mot avec la répétition du même mot jusqu'à ce que la comparaison montre une identité; - des moyens pour accepter une telle identité comme un mot correctement reçu et pour rejeter le mot dans le cas de non identité; et des moyens pour reconnaître l'identité comme une information de concordance. 2. Système de transmission conforme à la revendi- cation 1, caractérisé ence qu'il comprend des moyens pour répéter chaque mot du message un'certain nombre de fois avant de transmettre le mot suivant. 3. Système de transmission conforme à la revendi- cation 1, caractérisé ence qu'il comprend des moyens pour structurer le message en séquences qui sont répétées.un certain nombre de fois,chacune d'elles consistant en un ou plusieurs mots. 4. Système de transmission conforme à la revendi- cation 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour comparer systématiquement deux mots dans une séquence de 1 2 répétition et pour interrompre cette comparaison quand on reconnaît deux mots identiques. 5. Système de transmission conforme à la revendi- cation 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour récupérer un message en exécutant un certain nombre de fois, nombre qui dépend de la longueur du message, des comparai- sons de recherche d'identité entre deux mots ou davantage. 6. Système de transmission conforme à la revendi- cation 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour combiner-cette comparaison de mots répétés dans un messa- ge pour obtenir une réduction du nombre des comparaisons nécessaires. 7. Système de transmission conforme à la revendi- cation 1, caractérisé ence qu'il comprend des moyens pour rejeter un message comme faux si seulement une des compa- raisons effectuées systématiquement et répétitivement ou une combinaison de telles comparaisons ne conduit pas à une identité.-