Brevet FR2463542A1 — publié le 19810220

La présente invention a pour objet un procédé de codage, du type à alphabets,d'informations se présentant sous la forme d'une suite de symboles binaires unipolaires, en vue de la trans- former en une suite d'impulsions mieux adaptées aux milieux de transmission usuels (câbles à conducteurs métalliques, câbles à fibres optiques, etc...), le plus souvent en impulsions ternaires (à trois niveaux). Le problème posé par la transformation d'une suite binaire en un code ternaire, mieux adapté à la transmission, a fait l'objet de nombreuses études. On citera à titre d'exemple, et parce que la terminologie utilisée est la même, le résumé des résultats constituant l'article publié par J. VALIN dans la revue technique THOMSON-CSBF, volume II nO 2, Juin 1979, page 359 intitulé: "Codes d'impulsions pour transmission d'informations binaires". Les quatre conditions que devraient satisfaire les signaux codés envoyés sur une ligne sont rappelées au début de cet article; il est bien évident que celle de la réduction de la bande de fréquence nécessaire à une transmission à taux d'erreur donné est la plus importante. Dans ce qui suit, on appelle somme courante la somme des valeurs des symboles du code entre deux instants quelconques; on appelle somme alternée la somme des valeurs des symboles de rang pair diminuée de la somme des valeurs des symboles de rang impair entre deux instants quelconques. Il est connu que l'encombrement spectral d'un signal dépend de plusieurs facteurs: la fréquence de rythme, la forme du signal en fonction du temps et la caractéristique de transfert de la ligne; le premier de ces facteurs est habituellement considéré comme prépondérant puisque la caractéristique de transfert, bien que liée à la réalisation du câble, est principalement limitée par les caractéristiques physiques des matériaux utilisés à sa fabri- cation. La caractéristique principale des codes objetsde l'in- vention consiste en l'utilisation d'un code ternaire, à fréquence de rythme double de celui de l'information binaire à coder. Il semble donc que l'encombrement spectral du code doive être supé- rieur à celui de l'information elle-même. La présente invention 0.. définit un procédé de transcodage tel que le spectre de fréquence utilisé à la transmission sur ligne ait une largeur inférieure à celle des codes ternaires usuels, par exemple le code bipolaire à inversion de marque alternée (dit AMI). Le spectre de fréquence des codes selon l'invention présente, en outre, l'avantage de li- miter la fraction de l'énergie transmise dans la moitié supérieure de la bande de fréquence comprise entre la fréquence zéro et la fréquence de rythme binaire, ainsi que la fraction de l'énergie transmise aux fréquences très basses. Ces trois caractéristiques montrent bien les avantages présentés par les codes selon l'inven- tion. le procédé de transcodage selon l'invention comporte les stades suivants: au codage - récupération du rythme de l'information binaire à coder - élaboration d'un rythme à fréquence double dit "rythme de code" enregistrement des alphabets de mots permis composés des mots ternaires de deux symboles choisis - choix de l'alphabet à utiliser par une logique interne à mémoire obéissant à la condition B + B' z4 o B et BI sont les valeurs maximales des variations respectivement de la somme courante et de la somme alternée de l'information codée, - lecture du mot choisi et transmission sur la ligne du mot-code au rythme du code, au décodage récupération du rythme du signal transmis - élaboration d'un rythme à fréquence moitié, dit rythme binaire - enregistrement des alphabets de mots permis de deux symboles - enregistrement de l'alphabet des mots interdits - comparaison des mots code avec l'alphabet des mots interdits mise en phase du découpage de la suite reçue en mots de deux symboles à partir de mots interdits - reconnaissance des mots-code - lecture au rythme binaire du symbole binaire. Selon une variante préférée de l'invention, le nombre des alphabets utilisés est de quatre. I'expérience a, en effet, 4.6. montré que les codes selon l'invention utilisant un nombre infé- rieur d'alphabets ne conduisent pas à une répartition spectrale de l'énergie très favorable. la simplification des circuits de mise en oeuvre conduit à utiliser le compromis entre le nombre d'états et les caractéristiques de transmission le mieux approprié au sys- tème envisagé. Les moyens de mise en oeuvre du procédé selon l'inven- tion utilisent les éléments mis à la disposition des réalisateurs de circuits par les fabricants. Les avantages du transcodage selon l'invention qui s'ajoutent à celui d'une répartition spectrale particulièrement favorable sont les suivants: - récupération du rythme facilitée par l'interdiction de suites infinies de symboles consécutifs égaux - le coefficient multiplicatif d'erreur est toujours inférieur à l'unité. On appelle coefficient multiplicatif d'erreur le rapport nombre d'erreurs engendrées sur les mots binaires décodés sur nom- bre d'erreurs possibles sur les mots-code. - synchronisation des mots facilitée par le choix de mots interdits dans le code: en effet, le nombre de mots-code disponibles est plus élevé que le nombre nécessaire à la transmission. L'existence de mots inutilisés ou mots interdits permet d'utiliser leur présence à des fins de synchronisation et/ou de détection d'erreur. L'invention sera bien comprise en se reportant à la description qui suit et aux figures 1 à 10 qui l'accompagnent don- nées à titre d'illustration non limitative et dans lesquelles - la figure 1 est un diagramme des temps d'un premier code selon l'invention, - les figures 2 et 3 sont des blocs diagrammes du co- deur et du décodeur correspondant, - la figure 4 est un diagramme de comparaison des densi- tés spectrales du code de la figure 1 et du code AMI, - les figures 5 et 6 sont des réalisations particulières des circuits de codage et de décodage, selon les figures 2 et 3 - les figures 7, 8 et 9 sont des diagrammes des temps des trois autres codes selon l'invention, a* */ - la figure 10 est un diagramme des densités spectrales des trois codes ci-dessus. Dans ce qui suit, on va décrire complètement une première mise en oeuvre de l'invention, étant bien entendu qu'elle est don- née à titre d'illustration non limitative. Trois variantes seront plus sommairement décrites, étant entendu que les moyens de mise en oeuvre ne sortent pas de la compétence de l'homme de l'art. La première variante utilise un code à quatre alphabets figurant au tableau n0 1 dont les mots sont choisis pour que - la variation maximale de la somme courante soit égale à 3 - la variation maximale de la somme alternée soit égale à 1 - le nombre de mots interdits soit de trois. TABLEAU NO 1 symbole mot rang de mots binaire ternaire l'alphabet interdits ternaire + + O O - 2 O O 0+ 3 + _- _4 _+ + 0 1 + O 2 -O 3 _0 4 Ce code est dit 1B/2T 321 3M 3 et 1 sont les bornes des variations des sommes courante et alter- née et 3M signifie qu'il comporte trois mots interdits. On a représenté sur les courbes de la figure 1, respec- tivement en A le signal binaire d'information, en B le signal d'horloge définissant le rythme du signal binaire d'information, en a le signal d'horloge définissant le rythme du signal codé. Selon la caractéristique essentielle de l'invention, le signal C est à fréquence double du signal B. La courbe D représente le * *. / A > 2463542 signal codé correspondant à l'information A en utilisant l'alpha- bet du tableau l et une logique interne du codeur explicitée plus loin. Ainsi qu'il apparait, chacun des deux mots binaires de l'in- formation peut être associé à un mot ternaire de deux symboles choisi parmi quatre mots possibles. le choix de l'alphabet utilisé est effectué, à partir du mot-code précédemment utilisé, pour tenir compte des conditions imposées aux variations de la somme analogique et de la somme alternée.. Ce choix est effectué, par exemple, en sélectionnant le mot code à utiliser en définissant l'adresse de celui-ci dans une mémoire morte par l'intermédiaire d'un circuit logique convenablement conçu et dont un exemple sera donné plus loin. Dans certains cas simples le choix peut être as- suré par un jeu de bascules. La courbe E, intégrale de la courbe D, représente les variations de la somme analogique. Elle est limitée à 3 = B. La courbe F se déduit de la courbe D en changeant le signe du deuxième symbole de chaque mot ternaire et permet de calculer la somme alternée. La courbe G, intégrale de la courbe F, repré- sente les variations de la somme alternée. la courbe G est limitée à l = B'. Dans cet exemple, le choix de l'alphabet est effectué d'après la valeur du signal E en fin de motsuivant la loi du tableau nO 2. TABLEAU NO 2 Valeur de E Alphabet choisi en fin de mot 1 1 2 3 3 2 4 4 En fin de mot la valeur de E détermine, en effet, celle de G de la manière suivante: a * * / Ir c 24à3542 TABLEAU NO 3 Valeur de E Valeur de G en fin de mot en fin de mot 1 O 2 O 3 1 4 1 D'une manière plus générale, les états internes du codeur ne sont autres que la représentation conventionnelle des couples de va- leurs possibles des courbes E et G en fin de mot-code. Le coeffi- -cient multiplicatif d'erreur de ce code est 0,59. La figure 2 est un bloc diagramme du codeur utilisé dans l'exemple choisi. On a représenté en EB l'entrée du codeur à la- quelle est appliquée l'information binaire à transmettre (courbe A de la figure 1) et en ST la borne de sortie sur laquelle est déli- vré le signal ternaire à rythme double destiné à la transmission sur la ligne (courbe D). On a représenté en 10 une horloge resti- tuant la fréquence de rythme de l'information binaire d'entrée. Cette horloge peut être synchronisée par le signal lui-même, ainsi qu'il est représenté par la ligne interrompue 9, ou par tout autre moyen extérieur. L'horloge 10 délivre le signal représenté par la courbe B de la figure 1. L'horloge 10 alimente un multiplicateur binaire 11 assurant une multiplication par deux. Le signal de sor- tie du multiplicateur 11 correspond à la courbe C de la figure 1. Le signal d'entrée est appliqué en parallèle sur l'une des bornes de chacun des deux circuits générateurs d'adresse, respectivement 12 et 13, associés respectivement aux mémoires mortes 14 et 15. Dans la mémoire morte 14 sont enregistrés les mots-code permis des alphabets tels que définis sur le tableau nO l. Le mot code sélec- tionné est transmis par l'intermédiaire des registres parallèle- série 16 et 17 et d'un circuit de sommation 20 à la sortie ST. Ainsi qu'il est représenté par les connexions 18- 18', les regis- tres 16 et 17 sont synchronisés respectivement par-les horloges 10 et Il à l'enregistrement et à la lecture. Dans la mémoire morte 15 sont enregistrés les signaux de commande des générateurs d'adresse a a.. 12 et 13 appliqués à ceux-ci par l'intermédiaire du circuit à re- tard 19, introduisant un retard égal à la durée d'un mot-code. Ces signaux commandent le choix du mot-code utilisé parmi les quatre alphabets définis au tableau nO 1, compte tenu du mot-codecqui vient immédiatement d'être transmis afin que la condition B + B'4 à laquelle obéit le code soit respectée. Elle constitue ce qui a été désigné ci- dessus par "logique interne" du codeur. Les tableaux 2 et 3 définissent cette logique interne. La figure 3 est un bloc diagramme du décodeur correspon- dant au codeur de la figure 2. On a représenté en ET la borne d'en- trée du décodeur reliée à la ligne de transmission, recevant le signal ternaire transmis. La fréquence de rythme de ce signal est reconstituée dans l'horloge 30 qui alimente d'une part le régénépa- teur 31 et, d'autre part, un circuit diviseur de fréquence 21 restituant le rythme de l'information binaire. Le régénérateur 31 comporte, notamment, ainsi qu'il est bien connu, des circuits d'égalisation et d'amplification du signal de ligne. Sa réalisa- tion n'est pas modifiée par le procédé de codage, objet de l'in- vention. Le signal ternaire amplifié, à fréquence de ligne, est appliqué aux registres 26 et 27 série-parallèle synchronisés par les horloges 21 et 30 de façon à restituer le découpage en mots- code ternaires de deux symboles. Ces mots-code sont appliqués à un ensemble de deux générateurs d'adresse, respectivement 22 et 23 associés à deux mémoires mortes, respectivement 24 et 25. La mé- moire 24 délivre à la sortie SB l'information binaire correspon- dant au mot code appliqué en-22, par l'intermédiaire d'un circuit de mise en forme 29 synchronisé par l'horloge de rythme binaire 21, cette mise en forme étant faite par échantillonnage. Le générateur d'adresse 23 alimente la mémoire morte 25 de reconnaissance des mots interdits qui, par l'intermédiaire du circuit de synchroni- sation 28, commande les registres 26 et 27. En effet, les mots-code comportant deux symboles sont découpés dans la suite ternaire continue transmise par la ligne. L'information de sortie des re- gistres 26 et 27 est un mot ternaire de deux symboles. Les symboles associés peuvent soit appartenir à deux mots successifs, soit au mime mot. Dans le premier cas, les mots formés correspondent à des 9 9.a./ mots interdits qui, par l'intermédiaire de 23 et 25, commandent le circuit de synchronisation des registres 26 et 27, faisant avancer les registres d'un temps élémentaire. lorsque le découpage est correct, les mots reconstitués par les registres appartiennent à un alphabet du code et correspondent à une information binaire transmise par l'ensemble 22, 24 et 29 à la sortie SB. Il est bien évident que l'accroissement du nombre de mots interdits facilite la synchronisation. Sur la figure 4 on a représenté respectivement en 41 en trait continu le spectre de fréquence du code qui vient d'être dé- fini et en 42 en trait interrompu le spectre de fréquence du code AMI (Alternate Mark Inversion). On a représenté: - en Fb la fréquence binaire de l'information et la fréquence de ligne du code AMI - en Ft la fréquence de ligne dans le code de l'invention. On voit que le spectre du code proposé est plus étroit que celui du code AMI, autour de la même fréquence centrale. les figures 5 et 6 représentent respectivement des réa- lisations particulièrement économiques des circuits-codeur et décodeur, conformément aux blocs diagrammes des figures 2 et 3. Pour simplifier, on a représenté dans des carrés en trait inter- rompu les éléments remplissant les différentes fonctions du bloc diagramme. Dans le codeur (figure 5) les fonctions assurées par les mémoires mortes et leur générateur d'adresse ont été simplement réalisées par des portes ET et OU, qui forment les ensembles 12 et 14, 13 et 15. le multiplexage effectué dans 16 et 17 est réalisé à l'aide de transistors bloquants et de bascules d'échantillonnage de type D. La fréquence binaire utilisée est 4.800 Hz. la fonc- tion horloge 10 a été simplement traitée dans le cas o l'on dis- pose de l'horloge à fréquence de rythme de l'information binaire H dont la fréquence est divisée par deux pour obtenir le rythme h du code ternaire. Dans le décodeur (figure 6), la transformation série parallèle est réalisée à l'aide de sil bascules de type D dans 26 et 27. Les décodages de 22 et 24, 23 et 25, sont effectués à l'aide de portes ET et OU, avec une partie commune. Les circuits 30, 21, 28, n'ont pas été représentés. 21 est analogue à 10 et 11. * - */ a récupère le rythme à partir des transitions du signal régénéré ainsi qu'il est d'usage. 28 peut, par exemple, donner l'ordre d'inhiber 21 pendant un élément de ligne, ce qui a pour effet de décaler K et K, donc de changer la phase d'association des sym- boles reçus en mots dans les registres 26 et 27 lorsqu'il y a trois mots interdits sur les neuf mots possibles. Les courbes de la figure 7 représentent les mêmes varia- bles que les courbes de la figure 1 dans le cas d'un deuxième code selon l'invention. Ce code, désigné par 1B/2T 4 E 2S2 IMN se carac- térise par - un rythme du code double du rythme binaire - des mots code ternaires de deux symboles - quatre alphabets définis par le tableau n0 4 - une variation maximale des sommes courante et alternée égale à deux (courbes I et K) - un mot interdit. TABLEAU NO 4 symbole Mots ternaires Rang del' mot binaire permis alphabet interdit _ + 1 O O - - 2 + 3 ++ 4 _-0 1 -0 y O - 2 + 0 3 0+ 4 A la suite binaire A correspond le code représenté par la courbe H. Les courbes B et C représentent respectivement les ryth- mes des signaux binaire et ternaire. La courbe H représente le signal codé, la courbe I l'intégrale de H. La courbe J est dérivée de la courbe H en inversant le deuxième symbole de chaque mot ter- naire et la courbe K est l'intégrale de la courbe J. *../ La répartition spectrale de ce code est représentée par la courbe 51 de la figure 10. Les courbes des figures 8 et 9 représentent respective- ment les mêmes variables pour deux autres codes selon l'invention, le code 1B/2T 4E 2S2 3M, différant du précédent par le nombre de mots interdits qui devient trois au lieu de un, et le code 1B/2T 4E 2S2 2M dans lequel le nombre de mots interdits est deux. Les alphabets sont représentés respectivement par les tableaux 5 et 6 et les densités spectrales de ces deux codes sont représentées respectivement par les courbes 52 et 53 de la figure 10. Les cour- bes de densité spectrale sont les réponses en amplitude pour un train binaire d'amplitude constante, ainsi qu'il est d'usage. TABLEAU N 5 Mots ternai- Rang de res permis l'alphabet - 0 _ _ + 0 + + 0o o0 + Mots interdits o0 -_ + + TABLEAU N 6 Mots ternai- res permis - + + + - 0 - 0 o - o0 +. Rang de 1' alphabet Mots interdits 0 0 + 0 *./ Symbole binaire 1 - 0-- o30 Symbole binaire 0 --> il 2463542 R E V E Ni D I a A T I 0 N S 1. Procédé de transcodage comportant les stades sui- vants: au codage - récupération du rythme de l'information binaire à coder - élaboration d'un rythme à fréquence double dit "rythme de code" enregistrement des alphabets de mots permis composés des mots ternaires de deux symboles choisis - choix de l'alphabet à utiliser par une logique interne à mémoire obéissant à la condition B + B' 44, o B etB' sont les valeurs maximales des variations respectivement de la somme courante et de la somme alternée de l'information codée - lecture du mot choisi et transmission sur la ligne du mot-code au rythme du code, au décodage récupération du rythme du signal transmis - élaboration d'un rythme à fréquence moitié, dit rythme binaire - enregistrement des alphabets de mots permis de deux symboles - enregistrement de l'alphabet des mots interdits - comparaison des mots code avec l'alphabet des mots interdits mise en phase du découpage de la suite reçue en mots de deux symboles à partir de mots interdits - reconnaissance des mots-code - lecture au rythme binaire du symbole binaire. 2. Procédé de transcodage selon revendication 1 dans lequel la variation de la somme alternée a une valeur maximale différente de celle de la variation de la somme alternée. 3. Procédé de transcodage selon revendication 1 dans lequel les valeurs maximales des variations des deux sommes sont égales. 4. Procédé de transcodage selon revendication 1 dans lequel le nombre d'alphabets est égal à quatre. * * -/ 5. Procédé de transcodage selon revendication 1 dans lequel le nombre de mots interdits est compris entre un et trois (limites comprises). 6. Système de transmission sur ligne utilisant le pro- céd6 de transcodage selon la revendication 1. 12 Feuillets.