Brevet FR2655221A1 — publié le 19910531

-2655221 i La présente invention se rapporte à un procédé de demande automatique de retransmission en cas de message mal reçu, ou "procédé ARQ", pour installation de transmission numérique duplex d'informations dont au moins une voie de retour est bruitée et à une installation permettant la mise en oeuvre de ce procédé. Trois solutions sont généralement utilisées pour diminuer le taux d'erreur d'une transmission numérique. La première consiste en un codage correcteur sans voie de retour (ce que les anglophones appellent "Forward Error Control": FEC) Un défaut de cette stratégie de correction d'erreurs est sa faible adaptativité qui peut être gênante pour certains types de canaux (canal troposphérique ou canal brouillé) En effet, par exemple pour le canal troposphérique, les différents paramètres du canal tels que le rapport signal à bruit moyen, la bande de cohérence ou le temps de cohérence ne sont fixes qu'à petite échelle Si l'on observe ces paramètres pendant quelques heures, quelques jours ou quelques mois, on se rend compte qu'ils subissent des fluctuations non négligeables Ainsi, un code conçu pour fonctionner idéalement avec des paramètres donnés, sera probablement inefficace à certains moments de la journée ou de l'année Ce procédé a l'avantage d'assurer un retard de transmission fixe Mais il est inefficace contre les paquets d'erreurs s'il n'est pas associé à un entrelacement dont l'inconvénient est d'augmenter le retard de transmission. Une seconde solution est d'utiliser l'existence d'une voie de retour, en utilisant la stratégie d'ARQ ("Automatic Repeat re Quest"), stratégie de détection d'erreurs et de retransmission On peut définir cette stratégie de la façon suivante: Les données sont envoyées en paquets, et non en continu Chaque paquet contient les symboles d'informations accompagnés de symboles de contrôle; Le récepteur utilise les symboles de contrôle pour détecter d'éventuelles erreurs de transmission Selon le cas il accepte le bloc ou en demande la retransmission. Ainsi la stratégie d'ARQ utilise un code détecteur d'erreurs alors que la stratégie FEC utilise un code correcteur Un code détecteur d'erreurs demande généralement un décodage plus simple qu'un code correcteur. Cette stratégie introduit une redondance supplémentaire qui est la retransmission Mais si la redondance propre au codage est fixe (et mesurée par le taux de codage), la seconde est une variable aléatoire La redondance moyenne totale est mesurée par le taux de codage effectif Le principal inconvénient de cette solution est que lorsque les conditions de transmissions sont mauvaises (canal fortement bruité) le code détecteur est vite submergé et le nombre de retransmissions est très important ce qui fait augmenter le retard de transmission. Pour pallier ce problème, on utilise actuellement l'association de stratégie d'ARQ et de codage correcteur c'est la troisième solution. La troisième solution est appelée stratégie "hybride" car elle combine codage correcteur et procédure d'ARQ. Le code utilisé ne sert plus simplement à détecter les erreurs mais aussi à les corriger dans la limite de ces capacités La stratégie est alors la suivante On émet une séquence codée; Le récepteur dispose d'un décodeur qui tente de décoder la séquence reçue On utilise un certain critère qui mesure la confiance que l'on peut avoir dans la décision du décodeur; Si ce critère est satisfait, on estime que la séquence décodée est bien celle qui a été émise, sinon le récepteur demande une retransmission. Ces deux derniers procédés nécessitent l'emploi d'une stratégie de demande de retransmission ARQ Les trois stratégies les plus classiques sont actuellement les suivantes: La stratégie la plus simple est la "stop-and- wait" ARQ L'émetteur envoie un bloc et attend, pour émettre le suivant que le récepteur lui retourne un message de bonne réception Le principal inconvénient de cette stratégie est que le temps passé à attendre une réponse positive ou négative du récepteur est trop important. La seconde stratégie, nommée en anglais "go- back-N" ARQ est plus complexe et plus efficace Les paquets de symboles sont émis de façon continue Les réponses du récepteur arrivent après un certain délai égal au temps que met l'émetteur à envoyer N-1 autres paquets. Si une demande de retransmission (correspondant à une erreur dans un paquet) est reçue par l'émetteur, il renvoie le paquet erroné et tous les suivants Ce système est bien adapté à certains canaux à mémoire o un paquet erroné est très souvent suivi d'autres paquets bruités. C'est le cas du canal à diffusion troposphérique à fort débit. Le troisième schéma est le plus complexe mais aussi le plus efficace Les anglophones l'appellent "selective-repeat" ARQ Comme pour le schéma précédent, les blocs sont envoyés de façon continue, mais seuls les blocs erronés sont retransmis Le récepteur doit donc être équipé d'une mémoiretampon conséquente pour pouvoir restituer les blocs dans l'ordre L'implémentation de ce protocole d IARQ est plus difficile à réaliser. Dans toutes les études techniques publiées à ce jour à notre connaissance, les calculs des performances des diverses stratégies ARQ sont toujours effectués avec l'hypothèse d'un canal de retour non bruité En effet, la demande de retransmission ne nécessite au maximum que quelques bits, que l'on peut coder de façon très performante, avec une redondance énorme pour être sûr de leur bonne réception Mais un tel procédé n'est pas applicable lorsque des informations à haut débit doivent circuler dans les deux sens, par exemple pour une installation téléphonique numérique duplex Si l'on veut utiliser le canal de retour pour améliorer la qualité de la liaison, il ne saurait être question d'en augmenter sensiblement le débit On doit donc réserver à la gestion de trame une place réduite, et il faut dans ce cas considérer le canal de retour comme bruité, ce qui dégrade nécessairement les performances puisque l'émetteur peut ne pas recevoir l'accusé de réception, positif ou négatif, du récepteur, soit parce que le canal de retour est bruité de façon non intentionnelle et aléatoire (cas du canal troposphérique) et surtout soit parce que le canal de retour est brouillé de manière intentionnelle par un brouilleur intelligent. L'invention vise à remédier à cet inconvénient. Elle se rapporte à cet effet à un procédé de demande automatique de retransmission en cas de message mal reçu, pour installation de transmission numérique duplex à au moins une voie de retour bruitée, ce procédé utilisant un protocole de demande de retransmission du type "GoBack-N ARQ", c'est-à-dire un protocole de demande de retransmission "ARQ" selon lequel les paquets de symboles sont émis de façon continue, mais les réponses du récepteur arrivent après un certain délai égal au temps que met l'émetteur à envoyer (N-l) autres paquets Ce protocole est établi selon les règles habituelles du "Go- Back-N ARQ't, et selon en outre au moins la règle suivante Lorsqu'un accusé de réception n'a pas été reçu correctement, alors que le précédent avait été correctement reçu, ou le considère comme positif, et il en est de même pour les (N-1) suivants s'ils sont eux- aussi non correctement reçus, mais dans un tel cas, on considère le Nième accusé de réception, s'il est toujours incorrectement reçu, comme négatif, de sorte que l'on renvoie alors les N blocs relatifs à cette série de N accusés de réception incorrectement reçus. Avantageusement en outre, ce protocole comporte les deux règles additionnelles suivantes: lorsque le récepteur reçoit une demande de retransmission, il ne la prend pas en compte si le bloc redemandé a été envoyé moins de N coups auparavant. lorsque le récepteur redemande plusieurs fois successives, jusqu'à N fois, le même bloc, on ne prend en compte que la première redemande. L'invention sera bien comprise, et ses avantages et autres caractéristiques ressortiront, lors de la description suivante d'un exemple d'application à une installation de liaison téléphonique numérique duplex effectuée par faisceau hertzien, en référence à la figure unique annexée qui est un schéma synoptique d'une partie de l'installation relative à l'un des deux correspondants. En se référant à cette figure unique, il s'agit de la partie de traitement numérique du signal qui équipe un émetteur-récepteur d'installation téléphonique duplex. Sur cette figure, la référence 1 désigne le fil d'arrivée du train numérique reçu, par voie hertzienne, de la part de l'autre correspondant. Ce train numérique est codé par un code correcteur d'erreurs, et il est en conséquence appliqué à un décodeur-correcteur d'erreurs 2 Dans cet exemple, il est utilisé un codage convolutif par exemple de taux 1/2 et de longueur de contrainte 35, et un décodage séquentiel utilisant l'algorithme de pile Le décodeur 2 est donc un décodeur séquentiel, qui a l'avantage connu de pouvoir fournir aisément sur une de ses trois sorties 3 une information, de fiabilité du décodage, ou "indication de confiance" (il s'agit dans ce cas de l'indication de débordement ou de nondébordement de la pile): selon la valeur de cette indication de confiance, ou bien le décodage sera jugé efficace et il n'y aura pas lieu de faire la demande de retransmission A R Q, ou bien ce même décodage sera jugé inefficace et il y aura alors lieu de faire une demande de retransmission A R Q. Chaque trame reçue en 1 est donc une trame codée, le codage étant effectué dans l'installation, similaire à celle représentée sur ce dessin, de l'autre correspondant dont on reçoit le message en 1. Avant codage, la constitution de cette trame est la suivante: | MVT | COM | INFO I Elle comporte donc: Le très classique "Mot de verrouillage de Trame" MVT qui est destiné à la synchronisation des paquets; ce mot de verrouillage de trame n'est pas codé par le codeur séquentiel. Un bloc "Commande" COM, qui comporte tous les renseignements nécessaires au protocole de demande de retransmission A R Q,en particulier: accusé de réception positif ou négatif (ACK = 1 ou ACK = 0), numéro N(S) du bloc émis dans la trame, numéro N (R) du bloc que l'on attend (ou que l'on redemande), un codage FCS de détection ou correction d'erreur de ce bloc COM, et un "FANION" constituant un MVT de ce bloc COM. Un bloc "Information" INFO qui comporte les bits d'information proprement dits. Le train en 1 est constitué par les bits codés, qui sont compris entre les mots de verrouillage de trame MVT L'information de confiance qui sort en 3 du décodeur séquentiel 2 est appliquée en 4 à un microprocesseur de gestion 5, tandis que sur les sorties décodées 6 et 7 de ce décodeur 2 apparaissent respectivement les bits du bloc COM décodé et les bits du bloc INFO décodé. 1 i O Un composant interface très pratique et bon marché est le composant dit "HDLC" Il s'agit d'un composant électronique largement disponible dans le commerce et qui, si on lui applique une trame numérique d'un certain format particulier sur son unique entrée, sort directement, sur chacune de ses sorties multiples, divers composants de cette trame, dont en particulier une indication de fiabilité. Pour mémoire, il est rappelé ici le format d'un bloc d'une trame HDLC IFANION | ADRESSEIGESTION | INFOCOMI FCS l Dans le protocole HDLC, le "Fanion" est, rappelons-le, le mot de verrouillage de trame de la trame HDLC Le champ "Adresse" sert à indiquer le destinataire des informations du champ "Info-Com" Le champ "Gestion" ( 8 bits) a pour but la gestion de la trame HDLC Le mot FCS est le codage détecteur (ou correcteur) d'erreurs. Dans le but de pouvoir utiliser un composant HDLC 8, si pratique et peu onéreux, les 24 bits des trois champs "Adresse", "Gestion", et "Info-Com" de la trame classique HDLC sont utilisés comme suit dans le bloc COM précité sortant en 6: l'accusé de réception ACK est le premier bit du champ "Adresse";' les autres éléments du bloc COM, à l'exclusion bien entendu de son "mot de verrouillage de trame" qui est constitué par le FANION et de ses bits de redondance constitués par le FCS, sont répartis entre les bits restants de cet ensemble de trois champs. Ainsi donc, les bits du bloc COM qui sortent en 6 sont envoyés sur l'entrée 9 d'un boîtier interface HDLC 8, et ce dernier sort respectivement sur ses trois sorties , 11, 12: l'accusé de réception ACK en 10; les autres éléments du bloc COM, à l'exclusion du FCS; et l'information "FCS conforme" en 12, qui indique si le bloc COM a la bonne constitution. Pour le boîtier HDLC 8, tout se passe en effet comme s'il recevait une trame HDLC continue puisqu'il reçoit une succession de blocs COM commençant tous par le Fanion, qui est son propre mot de verrouillage de trame. Ces informations de commande, issues en 10, 11, 12 du composant HDLC 8, sont appliquées aux entrées 13, 14, du microprocesseur 5, qui les gère conformément à un protocole "Go-Back-N ARQ", qui conformément à l'invention, obéit aux règles supplémentaires particulières suivantes: Lorsqu'un accusé de réception n'a pas été reçu correctement, alors que le précédent avait été correctement reçu, on le considère comme positif, et il en est de même pour les (N-l) suivants s'il sont eux- aussi non correctement reçus, mais, dans un tel cas, on considère le Nième accusé de réception, s'il est toujours incorrectement reçu comme négatif, de sorte que l'on renvoie alors les N blocs relatifs à cette série de N accusés de réception incorrectement reçue. Lorsque le récepteur reçoit une demande de retransmission, il ne la prend pas en compte si le bloc redemandé a été demandé moins de N coups auparavant. Lorsque le récepteur redemande plusieurs fois successives, jusqu'à N fois, le même bloc, on ne prend en compte que la première redemande. Ainsi donc, si suite à un phénomène de "fading" (évanouissement du signal) prolongé ou suite à un brouillage intentionnel judicieusement effectué par un brouilleur intelligent, l'accusé de réception ACK n'est pas correctement reçu par un des deux correspondants N fois successives, ce correspondant réexpédie malgré tout le dernier bloc dont il n'a pas reçu l'accusé de réception positif et tous les suivants. Les blocs INFO qui sortent en 7 du décodeur 2 sont appliqués en 16 à une mémoire-tampon 17, qui reçoit en 18, et en provenance du microprocesseur de gestion 5, un signal d'extraction des blocs utiles sortant en 19 et constituant l'information reçue. La liaison étant "duplex", c'est à dire bidirectionnelle, le train à émettre par le correspondant en question arrive en 20 pour être stocké dans une mémoire tampon 21 En fonction des informations contenues dans le bloc COM qu'il a reçu de l'autre correspondant, le microprocesseur 5 vient chercher, dans cette mémoire 21, par la liaison 22, l'information qui doit être émise (ou réémise), en y ajoutant bien entendu le nouveau bloc COM qu'il a élaboré conformément à son protocole ARQ, et qui est destiné à l'autre correspondant. Les trames correspondantes sont alors appliquées en 23 au codeur correcteur d'erreurs 24 de l'installation ici représentée, qui code classiquement leurs blocs COM et leurs blocs INFO, et les informations numériques à émettre sortent avec leur MVT vers la partie radioélectrique de l'émetteur. Comme il va de soi, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation qui vient d'être décrit, mais est bien au contraire susceptible d'être mise en oeuvre de multiples autres façons. REVENDICATIONS 1 Procédé de demande automatique de retransmission en cas de message mal reçu, pour installation de transmission numérique duplex à au moins une voie de retour bruitée, ce procédé utilisant un protocole de demande de retransmission du type "Go-Back-N ARQ", c'est à dire un protocole de demande de retransmission "ARQ" selon lequel les paquets de symboles sont émis de façon continue, mais les réponses du récepteur arrivent après un certain délai égal au temps que met l'émetteur à envoyer (N-1) autres paquets, caractérisé en ce que ce protocole est établi selon les règles habituelles du "Go-Back-N ARQ", et selon en outre, au moins la règle suivante: lorsqu'un accusé de réception n'a pas été reçu correctement, alors que le précédent avait été correctement reçu, on le considère comme positif, et il en est de même pour les (N-1) suivants s'ils sont euxaussi non correctement reçus, mais, dans un tel cas, on considère le Nième accusé de réception, s'il est toujours incorrectement reçu, comme négatif, de sorte que l'on renvoie alors les N blocs relatifs à cette série de N accusés de réception incorrectement reçus. 2 Procédé de demande automatique de retransmission selon la revendication 1, caractérisé en ce que ce protocole comporte en outre les deux règles additionnelles suivantes: lorsque le récepteur reçoit une demande de retransmission, il ne la prend pas en compte si le bloc redemandé a été demandé moins de N coups auparavant; lorsque le récepteur redemande plusieurs fois successives, jusqu'à N fois, le même bloc, on ne prend en compte que la première redemande. 3 Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que, dans le but d'utiliser à la réception un composant HDLC ( 8), les bits des trois champs "Adresse", "Gestion", et "Info-Com", de la trame classique HDLC sont utilisés comme suit dans le bloc de commande (COM) comportant tous les renseignements nécessaires au protocole de retransmission ARQ de la trame émise: * l'accusé de réception (ACK), positif ou négatif, est le premier bit du champ "Adresse"; les autres éléments du bloc de Commande (COM), à l'exclusion de son "mot de verrouillage de tramell(FANION) et de ses bits de redondance (FCS) sont répartis entre les bits restants de cet ensemble de trois champs. 4 Installation de transmission numérique duplex mettant en oeuvre le procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'elle comporte au moins, pour chaque correspondant: un dispositif ( 2) de décodage de détection ou correction d'erreurs du signal reçu ( 1), avec sortie ( 3) de signal d'indication de fiabilité du décodage, sortie ( 6) du bloc de commande (COM) décodé, et sortie ( 7) du bloc information (INFO) comportant les bits utiles d'information-décodé; un microprocesseur de gestion ( 5); un composant HDLC ( 8) recevant sur son entrée ( 9) ce bloc de commande (COM) décodé, et dont les sorties ( 10, 11, 12) sont appliquées à un microprocesseur de gestion ( 5); une mémoire-tampon ( 17) qui emmagasine ces blocs Information (INFO) décodés reçus, et de laquelle est extrait, sous commande ( 18) du microprocesseur ( 5), le train utile reçu ( 19) et une autre mémoiretampon ( 21) qui emmagasine les trains ( 20, 22) à émettre sous gestion du microprocesseur ( 5), et qui comporte une sortie ( 23) d'émission de ces trains.