Brevet FR2670969A1 — publié le 19920626

Système de transmission de données par répartition dans l'espace temps- fréquence, avec structuration en canaux Le domaine de l'invention est celui de la diffusion de données numériques, notamment selon des procédés assurant un entrelacement en temps et en fréquence des données. De tels procédés sont notamment développés actuellement pour des applications de diffusion sonore haute qualité, en particulier vers des mobiles circulant en milieu urbain, mais également vers des récepteurs fixes Ces applications sont souvent désignées par le terme DAB (Digital Audio Broadcasting (Diffusion audionumérique)). L'invention s'applique en particulier, mais non exclusivement, au système de radiodiffusion sonore numérique dénommé système COFDM (Coding Orthogonal Frequency Division Multiplex (Multiplexage de Fréquences Or- thogonales Codées)), tel que décrit dans les brevets français 86 09622 du 2 juillet 1986, et 86 13271 du 23 septembre 1986 au nom des mêmes déposants. Si l'on analyse la diffusion numérique sous l'angle du modèle de référence ISO, on peut considérer que les applications, et par exemple l'application son de haute qualité, correspondent aux couches Présentation (couche 6) et Application (couche 7) A l'autre extrémité du modèle ISO, la partie de transmission DAB correspond aux fonctionnalités des couches Physique (couche 1) et Liaison (couche 2). On constate donc que les couches intermédiaires ne sont pas représentées. Actuellement, application et réseau sont étroitement liés En d'autres termes, il n'existe pas de protocole intermédiaire permettant, lorsque cela est possible, de décorreller une application du réseau Cette absence, si elle peut faciliter dans certains cas les traitements, représente le plus souvent un handicap sérieux. De plus, l'extension de ce système de diffusion à d'autres domaines d'appli- cation, comme par exemple la diffusion de messages personnels, de messages d'aide à la conduite, de messages de localisation, de signaux de télévision, etc s'avère difficile. L'invention a notamment pour objectif de pallier ces inconvénients de l'état de la technique. Plus précisément, un objectif de l'invention est de fournir un système de diffusion de données numériques dans lequel les données transmises sont organisées de façon à pouvoir distinguer des données appartenant à plusieurs applications distinctes. Notamment, l'invention a pour objectif de fournir un tel système, permettant la diffusion simultanée de données de tout type, audio, vidéo, télématique, etc Un autre objectif de l'invention est de fournir un tel système, présentant une robustesse accrue par rapport aux systèmes connus. L'invention a également pour objectif de fournir un tel système, dans lequel la ressource de transmission est reconfigurable pour chaque type d'applica- tion L'invention vise notamment à optimiser la gestion de la ressource globale de transmission. Un objectif de l'invention est encore de fournir un tel système, permettant, à la réception, une démodulation partielle du multiplex de transmission, de façon à simplifier, et donc à réduire le coût, des récepteurs. Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints, selon l'invention, à l'aide d'un système de transmission de données numériques correspondant à au moins une application comprenant chacune au moins un flux de données, les données étant constituées d'éléments numériques répartis dans l'espace temps- fréquence et émis sous la forme de symboles constitués d'un multiplex de N fréquences porteuses orthogonales modulées par un jeu desdits éléments numériques et diffusées simultanément, le train de symboles étant organisé en trames successives, chaque trame étant structurée en au moins un canal de transport des données, constitué chacun d'une succession d'au moins un symbole consécutif. Avantageusement, ledit train de symboles inclut l'information descriptive de sa structuration en canaux. De façon avantageuse, la structuration du train de symboles en canaux est reconfigurable dynamiquement. Ainsi, l'organisation des trames en canaux peut être réalisée de façon optimale, en fonction des besoins des différentes applications. Préférentiellement, l'information descriptive de la structuration du train de symboles en canaux est acheminée dans un symbole spécifique et/ou dans un canal de signalisation spécifique. Ladite information descriptive de la structuration du train de symboles en canaux est transmise dans la trame courante et/ou dans au moins une des trames précédentes. Avantageusement, chaque canal est affecté à la transmission d'un nombre entier de flux appartenant à une même application. Cette organisation en flux permet notamment de simplifier le décodage des signaux En effet, par exemple, des signaux de son peuvent correspondre à un premier flux, et des signaux d'images à un second flux A la réception, ces deux types de signaux sont aisément distingués, et dirigés vers les décodeurs idoines. Dans un mode de réalisation avantageux, toutes les données acheminées par au moins un desdits canaux sont formatées en mode paquet. De façon préférentielle, lesdits paquets sont dans ce cas de taille fixe, choisie parmi au moins une taille de paquet disponible. Selon les besoins, le nombre de canaux utilisant des paquets peut être variable Notamment, il est tout à fait possible qu'aucun canal n'utilise le mode paquet En d'autres termes, la possibilité de mettre en oeuvre le mode paquet n'impose nullement un nombre minimum de canaux à transmettre selon ce mode. Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, une même trame peut donc contenir au moins un canal en mode paquet et au moins un canal en mode transparent. Avantageusement, les paquets sont synchrones avec chaque symbole successif dudit canal. Ainsi, au décodage, il est aisé de récupérer les paquets, le début d'un paquet correspondant toujours au début d'un symbole. De façon à conserver la synchronisation, il est nécessaire de compléter par bourrage lesdits paquets et lesdits canaux. Avantageusement, ledit symbole de signalisation et/ou ledit canal de signalisation contient au moins une information appartenant au groupe comprenant: des marqueurs de début et de fin desdits canaux; le mode de fonctionnement utilisé pour chaque canal; des relations entre des canaux; l'identification des applications. Dans un mode de réalisation préférentiel de l'invention, chacun des paquets comporte une entête, incluant au moins une information appartenant au groupe comprenant: un identificateur d'application; un identificateur de flux; une information de type de média; une information de type de longueur de paquet; une information de repérage du premier paquet d'un flux; une information de repérage du dernier paquet d'un flux; un numéro de paquet; une information de protection; une information de longueur de données utiles. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préférentiel de l'invention, donné à titre illustratif et non limitatif, et des dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une représentation d'une trame diffusée par un système selon l'invention; la figure 2 est une représentation de la structure d'un paquet selon l'invention; la figure 3 est le schéma synoptique d'un récepteur de données émises par le système de l'invention. L'invention concerne donc la diffusion de données entrelacées en temps et en fréquence, notamment selon le système COFDM. Ce système de diffusion numérique est basé sur l'utilisation conjointe d'un dispositif de codage de canal et d'un procédé de modulation par multiplexage de fréquences orthogonales. Le procédé de modulation proprement dit de ce système connu permet de s'affranchir des problèmes liés à la sélectivité en fréquence du canal Il consiste à assurer la répartition d'éléments numériques constitutifs du signal de données dans l'espace fréquence-temps et à émettre simultanément des jeux d'éléments numériques sur N voies de diffusion parallèles au moyen d'un multiplex de fréquences utilisant des porteuses orthogonales En particulier, ce type de modulation permet d'éviter que deux éléments successifs du train de données soient émis à la même fréquence. L'invention apporte à ce système des fonctionnalités correspondant aux fonctionnalités des couches Réseau et Transport ( 3 et 4) du modèle ISO (Interfonctionnement des Systèmes Ouverts) Elles apportent au réseau de transmission, la flexibilité nécessaire à son ouverture à de nouvelles applications et permettent une utilisation plus optimisée et souple de la ressource globale de transmission. Dans le mode de réalisation décrit ci-dessous, l'organisation du réseau de transmission repose sur l'existence d'une voie de service, la structuration de la ressource de transmission en canaux, et un découpage des données en paquets. La voie de service est gérée par l'opérateur du réseau Elle fournit au décodeur la position des canaux dans les trames, et la description de chaque application. A l'intérieur de chaque canal, les données peuvent être véhiculées selon un seul des deux modes paquet ou transparent. En mode paquet, dans un canal, les éléments d'une application sont identifiés par une même adresse Les liens entre l'application et l'adresse sont précisés dans la voie de service Plusieurs applications peuvent être multiplexées dans un même canal, elles ont alors des adresses différentes. Une application peut être répartie sur plusieurs canaux Certains peuvent être utilisés en mode paquet, d'autres en mode transparent Les liens entre l'application, les canaux et les adresses, sont précisés dans la voie de service. En mode transparent, un canal ne peut contenir qu'un seul flux d'une même application. De façon connue, le réseau est avantageusement constitué de trames successives, par exemple selon le procédé décrit dans le brevet FR 88 15216, déposé le 18 11 88. Le réseau est constitué de trames successives Selon l'invention, toutes les trames sont ensuite subdivisées en canaux. Un canal est donc constitué d'une suite de un ou plusieurs symboles consécutifs, toujours situés au même emplacement sur toutes les trames. La figure 1 est un exemple d'une telle organisation, montrant que les canaux sont constitués d'un nombre entier de symboles. Chaque trame débute par trois symboles particuliers Si, 52 et 53 dont le rôle est précisé par la suite Elle comprend ensuite un certain nombre de symboles utiles de 54 à Sn. L'allocation de la ressource s'effectue en attribuant à chaque application, un ou plusieurs canaux. Cette allocation de ressource résulte d'une convention établie entre l'opérateur de réseau et l'opérateur de programme. Ainsi, à une première application, ne nécessitant qu'un symbole, on affecte le canal Ci, correspondant dans toutes les trames au symbole 54 En revanche, pour une autre application ayant un débit plus important, on définit le canal Ck correspondant aux symboles consécutifs Si à Sj. Le symbole 51 est un symbole nul, permettant d'une part d'effectuer une synchronisation analogique, et d'autre part d'effectuer l'analyse spectrale du canal de diffusion Le symbole 52 est un second symbole de synchronisation constitué par un multiplex non modulé de toutes les fréquences porteuses, à enveloppe sensiblement constante Cela permet de recaler plus précisément la synchronisation par analyse de la réponse impulsionnelle du canal Le rôle et le mode de réalisation de ces symboles Si et 52 sont décrits dans le brevet FR 88 15216 susmentionné Bien sûr, ces symboles de synchronisation ne sont pas obligatoires vis à vis de l'invention Els sont présentés à titre purement illustratif. Le symbole 53 est en revanche une caractéristique avantageuse de l'invention En effet, ce symbole est une voie de service, qui indique l'organisation et le contenu du réseau. Cette voie de service est décodée en permanence, et les informations qu'elle contient portent préférentiellement sur une trame distante de N trames, de façon que le décodeur puisse anticiper les éventuelles modifications. La voie de service peut notamment contenir les informations suivantes: les marqueurs de début et fin de canaux (par exemple: canal Ck = lSi, Sjl), décrivant l'organisation statique de la ressource; le mode de fonctionnement utilisé par canal (par exemple: canal Ck = transparent, paquet), dans le cas o on utilise, ainsi que cela est décrit par la suite des paquets de données; les relations éventuelles entre les contenus de divers canaux appartenant à une même application; l'identification des applications. L'opérateur du réseau définit donc les canaux de façon statique, et renseigne la voie de service de ces informations Ces marqueurs peuvent bien sûr être redéfinis par l'opérateur en cas de besoin. La relation entre les applications et les canaux définis par l'organisation statique de la ressource s'effectue par l'intermédiaire d'un certain nombre de règles. Pour chaque canal, deux modes de fonctionnement sont possibles Un mode paquet synchrone, qui permet une utilisation optimisée du réseau, et un sous- ensemble, le mode transparent. Le fonctionnement en mode transparent correspond au fonctionnement actuel du DAB Les données sont émises directement sur le canal de transmission, sans ajout d'information supplémentaire Ceci signifie qu'à un canal ne peut être associé qu'un et un seul flux d'une seule application Si celle-ci est monoflux, un canal ne contiendra donc qu'une et une seule application. Il en découle une possible sous-utilisation du canal, puisque la place éventuellement perdue n'est pas récupérable Dans le cas o les besoins d'une application sont moindres, il n'est pas possible d'allouer la place restante à une autre application. De plus, le mode transparent n'offre pas une solution ouverte Il apparaît donc qu'il est avantageux d'adjoindre à ce mode transparent un mode paquet, permettant par son mécanisme d'adressage d'optimiser l'utilisation des canaux. Dans d'autres modes de réalisation, les canaux peuvent bien sûr être tous transmis en mode transparent, ou tous transmis en mode paquet. En mode paquet, les paquets sont avantageusement synchrones des symboles, de façon à faciliter le repérage des entêtes de paquet. A l'émission, les données de l'application sont groupées en paquets avant d'être transmises sur le canal Des informations placées dans l'entête des paquets permettent notamment: d'associer un paquet à une application, d'associer un paquet à un flux de données, de détecter d'éventuelles pertes par la numérotation des paquets. A la réception, les informations d'entête permettent de regrouper les données d'une même application. Le mode synchrone signifie que la taille des paquets utilisée est fixe. Toutefois, cette taille peut être choisie parmi différentes tailles de paquet, afin de satisfaire les besoins des applications à grand et petit volume de données. La structuration des données en paquets impose par ailleurs de diffuser des paquets de bourrage dans le cas o tout le canal n'est pas alloué Ces paquets peuvent être identifiés de façon particulière pour indiquer que le paquet ne contient pas de données utiles. Dans le cas o une application n'utilise qu'une partie de la ressource canal, il est clair qu'avec un tel système de découpage en paquets, il devient possible d'allouer la partie restante à une autre application. Cette organisation du réseau est bien sûr précisée dans la voie de service afin de permettre un accès aisé aux données voulues. La figure 2 est un exemple de structure de paquets. La taille maximale des paquets est égale au nombre maximum de bits utiles par symbole Plusieurs tailles de paquet peuvent être définies sur la base de cette taille maximale, par exemple en divisant par 2 " cette taille maximale. L'entête 10 de paquet contient, sur 5 octets, les données suivantes Des paramètres identifiant un paquet: un identificateur 11 d'application (adresse) un identificateur 12 de flux propre à une application, sous forme de sous-adresse (les flux d'une même application auront tous la même adresse et des sous-adresses distinctes). Des paramètres liés au couple (adresse 11, sous-adresse 12): un type 13 de média (audio, vidéo,) pour faciliter le décodage un type 14 de longueur de paquet donnant la longueur de paquet choisie un booléen 15 indiquant le premier paquet du flux un booléen 16 indiquant le dernier paquet du flux un numéro 17 de paquet, modulo 64 (indice de continuité) une indication 18 de protection comprenant deux informations un indice de répétition sur 1 bit (valeur O: premier envoi; valeur 1: répétition) et un indicateur de protection (valeur 0: pas de protection; valeur 1: données protégées) la longueur 19 effective des données, en octets. Les données 20 du paquet comprennent: les données 21 effectives de l'application des octets de bourrage 22 si nécessaire (pour que le paquet soit plein). L'identification de chacun des flux constitutifs d'une application et le découpage de ces flux en paquets avec numérotation permettent de réaliser un multiplexage des données d'une application. Les valeurs numériques indiquées sont bien sûr uniquement indicatives. De même, il est clair que des paramètres peuvent être supprimés, ajoutés ou modifiés sans sortir du champ de protection de l'invention. La figure 3 est un schéma synoptique d'un récepteur multimédia compatible avec le système de diffusion de l'invention Un tel récepteur peut par exemple permettre la restitution de signaux audio, vidéo, télétexte, etc Ce récepteur comprend tout d'abord un module 31 de réception du signal 32 diffusé, et de conversion analogique- numérique, et un module 33 de sélection des symboles Les symboles sont ensuite démodulés et décodés, dans le module 34. A ce niveau, la voie de service 53 est récupérée, et dirigée vers un module 35 de supervision de la signalisation, gérant notamment les modules 31, 33, 34, 36 et les différents décodeurs, en fonction des demandes de l'utilisateur, émises par un module 37 d'interface homme-machine. Lorsqu'on se trouve en mode paquet, le canal démodulé est transmis à un module 36 de démultiplexage des flux et des paquets, qui assure la répartition des différents flux vers plusieurs décodeurs, comprenant par exemple un décodeur 38 télétexte, un décodeur 39 vidéo, un décodeur 40 pour d'autres types de données, et un décodeur 41 audio. Un module 43 de répartition assure l'aiguillage des données vers les décodeurs concernés. Les données décodées sont transmises vers un module 42 de restitution, comprenant par exemple au moins un écran de visualisation et au moins un haut- parleur. On a également prévu, dans ce mode de réalisation, que les données audio peuvent être transmises en mode transparent Dans ce cas, les données 43 sont dirigées vers le décodeur 41 directement après la démodulation et le décodage de canal dans le module 34. il REVENDICATIONS 1 Système de transmission de données numériques correspondant à au moins une application comprenant chacune au moins un flux de données, les données étant constituées d'éléments numériques répartis dans l'espace temps- fréquence et émis sous la forme de symboles (Si) constitués d'un multiplex de N fréquences porteuses orthogonales modulées par un jeu desdits éléments numériques et diffusées simultanément, le train de symboles étant organisé en trames successives, caractérisé en ce que chaque trame est structurée en au moins un canal (Ck) de transport des données, constitué chacun d'une succession d'au moins un symbole (Si à Sj) consécutif. 2 Système selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit train de symboles inclut l'information descriptive de sa structuration en canaux. 3 Système selon l'une quelconque des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que la structuration du train de symboles en canaux est reconfigurable dynamiquement. 4 Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que l'information descriptive de la structuration du train de symboles en canaux est acheminée dans un symbole spécifique ( 53) et/ou dans un canal de signalisation spécifique. Système selon la revendication 4 caractérisé en ce que ladite information descriptive de la structuration du train de symboles en canaux est transmise dans la trame courante et/ou dans au moins une des trames précédentes. 6 Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que chaque canal (Ck) est affecté à la transmission d'un nombre entier de flux appartenant à une même application. 7 Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que toutes les données acheminées par au moins un desdits canaux sont formatées en mode paquet. 8 Système selon la revendication 7 caractérisé en ce que lesdits paquets sont de tailles fixes, choisies parmi au moins une taille de paquets disponible. 9 Système selon l'une quelconque des revendications 7 et 8 caractérisé en ce que les paquets sont synchrones avec chaque symbole successif dudit canal. Système selon l'une quelconque des revendications 7 à 9 caractérisé en ce qu'une même trame contient au moins un canal en mode paquet et au moins un canal en mode transparent. 11 Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 caractérisé en ce que lesdits paquets et/ou lesdits canaux sont complétés par bourrage. 12 Système selon la revendication 4 caractérisé en ce que ledit symbole de signalisation et/ou ledit canal de signalisation contient au moins une informa- tion appartenant au groupe comprenant: des marqueurs de début et de fin desdits canaux; le mode de fonctionnement utilisé pour chaque canal; des relations entre des canaux; l'identification des applications. 13 Système selon l'une quelconque des revendications 7 à 10 caractérisé en ce que chacun des paquets comporte une entête, incluant au moins une information appartenant au groupe comprenant: un identificateur ( 11) d'application; un identificateur ( 12) de flux; une information ( 13) de type de média; une information ( 14) de type de longueur de paquet; une information ( 15) de repérage du premier paquet d'un flux; une information ( 16) de repérage du dernier paquet d'un flux; un numéro ( 17) de paquet; une information ( 18) de protection; une information ( 19) de longueur de données utiles.