Brevet FR2781946A1 — publié le 20000204

L'invention concerne un procédé et une installa- tion de transmission et d'exploitation de signaux d'informations numériques fournis par un émetteur et un ré- cepteur ainsi que de décodage de ces signaux et correction des erreurs, procédé selon lequel les mots d'un alphabet pré- déterminé et connu se distinguent par un code. De tels procédés sont par exemple connus dans la documentation Robert B. Ash: " Information Theory ". Le cha- pitre 4 de ce document décrit la distance Hamming selon le- quel on distingue le nombre de bits selon lequel on désigne le nombre de bits qui distinguent deux mots d'une liste de mots de code séparés c'està-dire l'alphabet d'un code.' Uln bon code se caractérise par une distance Hamming importante. Les procédés connus de décodage et de correction d'erreurs consistent à exploiter le vecteur d'erreur du syn- drome. Toutefois on suppose que le récepteur d'informations est toujours correct c'est-à-dire qu'il est synchronisé en phase sur la cadence de l'émetteur. Selon un autre document (Dimitri Wiggert: " Codes for Error Control and Synchronization "), il est con- nu de résoudre le problème de synchronisation par un code Barker ou code PN c'est-à-dire en intégrant dans la transmis- sion une séquence linéaire de registre à décalage de longueur maximale. Abstraction faite de l'idée générale, ce document ne donne aucune indication précise sur la réalisation. La présente invention a pour but de développer un procédé et une installation du type défini ci-dessus évitant l'exploitation du syndrome et résolvant de manière simple et peu coûteuse le problème de la synchronisation. A cet effet l'invention concerne un procédé du type défini ci-dessus caractérisé en ce que à l'émission, on prend la suite des bits souhaités dans un catalogue de si- gnaux numériques avec des séquences fixées (états 0 et 1) on génère le signal suivant, on module de manière numérique et on combine les signaux à ceux des suites de bits qui minimi- sent le nombre d'erreurs de bits, on combine chaque mot de l'alphabet par une combinaison logique OU-EXCLUSIF, bit par bit à la séquence et on modifie puis on transmet au récepteur ayant une référence de temps synchronisée, le récepteur dé- composant la séquence en une suite de mots de longueur choi- sie et combinant chaque mot reçu selon les règles de l'addition " Modulo2 " avec l'alphabet avant de combiner à une séquence de synchronisation et à partir de la différence entre l'alphabet et l'alphabet, on forme le code de synchro- nisation et on effectue une corrélation avec la séquence de synchronisation. L'invention concerne également une installation pour la mise en oeuvre de ce procédé caractérisée en ce que l'émetteur comporte une mémoire de code avec les suites de bits de l'alphabet à combiner à la séquence de synchronisa- tion, et les suites de bits sont extraites séquentiellement de cette mémoire pour être appliquées séquentiellement à l'entrée de données d'un codeur Manchester II dont l'autre entrée reçoit un signal d'horloge pour définir la fréquence des suites de bits ainsi qu'un modulateur pour le signal por- teur HF et un récepteur dont l'entrée comporte un démodula- teur pour rétablir le code Manchester II pour le signal HF, reçu et un décodeur Manchester II ainsi qu'une mémoire de code et une porte ainsi qu'un comparateur avec une logique de décision. La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation re- présentés schématiquement dans les dessins annexés dans les- quels: - la figure 1 montre un exemple de réalisation d'un généra- teur de codes à registre à décalage, - la figure 2 montre une fonction de corrélation croisée de (7) avec (3), - la figure 3 montre la corrélation croisée d'une suite in- versée de mots avec (3), - la figure 4 montre la fonction de corrélation du signal en- taché d'erreurs (9) avec (3), - la figure 5 montre un schéma par bloc de l'émetteur, - la figure 6 montre un schéma par bloc du récepteur. Le procédé selon l'invention sera décrit du côté de l'émetteur; l'émetteur dispose d'un alphabet de signaux, numériques c'est-à-dire de séquences fixées a priori, compo- sées de zéros et de uns et se caractérisant par une grande distance Hamming, réciproque; l'émetteur émet ces mots comme l'exige l'ordre des lettres du " texte " à transmettre; l'expression " texte " est uniquement utilisée pour simpli- fier la présentation de l'idée de l'invention. De façon syno- nyme à un alphabet de signaux numériques on peut évoquer des catalogues de signaux ou de codes. A titre d'exemple on suppose que l'information à transmettre se compose des huit chiffres suivants: 0 4 7 1 1 0 (1) Cette information doit être envoyée selon la caractéristique de l'invention pour être reconstruite dans un récepteur. Sur le plan physique, ces chiffres peuvent repré- senter n'importe quelle mesure comme par exemple des mesures de températures, des chiffres de loterie ou des valeurs de consigne utilisées dans une commande. L'alphabet doit être prédéterminé et connu. Pour décrire le procédé on envisagera l'exemple de réalisation suivant d'un alphabet pour la représentation et la transmis- sion de nombres à huit chiffres: cO =110 1000 0111 0011 0011 0001 1110 1110 cl =010 0100 1110 1101 0100 1010 1000 1111 c2 =011 1001 1100 1010 1000 0110 0111 0110 c3 =111 0101 0101 0100 1111 1101 0001 0111 c4 =101 1111 1011 0111 1101 0010 1110 0001 (2) c5 =001 0011 0010 1001 1010 1001 1000 0000 c6 =000 1110 0000 1110 0110 0101 0111 1001 c7 =100 0010 1001 0000 0001 1110 0001 1000 Dans cet alphabet, chaque mot se distingue d'un autre mot par au moins 17 positions de bits. Cela a été choi- si pour que le nombre de bits de chaque mot (égal à 31) coin- cide avec la longueur d'un code de registre à décalage, linéaire bien connu (Code PN), qui peut être généré pour n'importe quelle longueur comme cela est connu; cela signi- fie par exemple une longueur de 31, 63 ou 127, etc... La fi- gure 1 du dessin montre un circuit connu pour générer le code PN. Dans chaque cas, le flux des données apparaît sous la forme d'une séquence de bits comme suit: dO d4 d7 dl dl dO ou sous une présentation développée 000 1011 1001 0101 1010 0001 0100 0000 011 1100 0101 0001 0100 0010 0100 1111 0001 0111 0110 1000 1110 1011 0110 0111 0000 1011 1101 1010 0010 0001 (5) 0111 0000 1011 1101 1010 0010 0001 000 1011 1001 0101 1010 0001 0100 0000 L'écriture sans intervalle qui en résulte est alors la suivante: 111011010001000010001011100101011010000101000000 (6) Du côté du récepteur, l'invention prévoit de dé- composer la séquence (6) en une suite de mots dont la lon- gueur est chaque fois donnée par la longueur des mots de l'alphabet utilisé, par exemple 31 bits pour l'alphabet (2) ou (4). Cette décomposition suppose dans le récepteur une ré- férence de temps indiquant l'horloge correcte, c'est-à-dire le marquage de l'instant correct du début ou de la fin d'un mot commence dans une suite quasi sans fin (6). La récupération du signal d'horloge qui fait par- tie du procédé de l'invention sera décrite ci-après: Dans l'hypothèse d'une synchronisation correcte de la référence de temps du récepteur, c'est-à-dire si le ré- cepteur connaît l'instant auquel l'émetteur commence un nou- veau mot, chaque mot de signal reçu est combiné selon les règles d'une addition Modulo-2, avec chaque mot de l'alphabet (2), c'est-à-dire l'alphabet avant la combinaison avec la sé- quence de synchronisation. Dans cette combinaison, le reste de l'opération et ce qui distingue la suite (4) de la suite (2), c'est-à- dire le code de synchronisation. Ce reste est mis en corréla- tion avec la séquence de synchronisation. Si la combinaison est correcte, il apparaît comme résultat final la fonction d'auto- corrélation connue de la séquence (3); en d'autres termes, on a une répétition périodique de maxima (ou de pointe) accentuée de cette fonction avec une durée de période (définie par la longueur de la séquence (3)) et avec des lo- bes accessoires constants, d'amplitude minimale. Dans la combinaison dite par bit du signal (5) ou du signal (6), contenue dans la séquence de synchronisation (3) suivant l'historique de leur formation, avec les mots cO, c4, c7, cl, cl, cO du catalogue (2) qui ne contient pas la séquence de synchronisation, on obtient comme déjà indiqué, comme reste du traitement, de nouveau la séquence de synchro- nisation c'est-à-dire la suite des mots: 0011 1110 0110 1001 0000 1010 1110 0011 1110 0110 1001 0000 1010 1110 0011 1110 0110 1001 0000 1010 1110 0011 1110 0110 1001 0000 1010 1110 (7) 0011 1110 0110 1001 0000 1010 1110 0011 1110 0110 1001 0000 1010 1110 Le résultat de la formation de la corrélation du bloc (7) avec le code PN (3) est donné à la figure 2. La fi- gure 3 représente la fonction de corrélation obtenue si de manière erronée on ne combine pas avec la suite correcte des mots cO, c4, c7, cl, cl, cO mais avec la suite cO, c4, c6, cl, cl, cO, c'est-à-dire si l'on combine avec un troisième mot qui est faux. Dans ces conditions dans la fonction de corrélation, à la place du troisième maximum correct, appa- raîtra une sorte de bruit c'est-à-dire que la fonction de corrélation sera perturbée à cet endroit. Par ailleurs, les maxima qui se répètent périodi- quement fournissent l'information nécessaire pour la synchro- nisation correcte du récepteur, c'est-à-dire de l'instant lorsque le signal de réception et la fonction de référence (3) se superposent exactement dans le récepteur. La synchro- nisation du récepteur est garantie du fait que le décalage des signaux est déclaré comme nul à l'apparition des maxima.5 Le présent récepteur d'informations fonctionne de la manière suivante: A titre d'essai, chaque mot reçu est combiné à chaque mot d'un catalogue (2) selon une combinaison logique OU-EXCLUSIF; on calcule le nombre de bits par lesquels le résultat de cette opération se distingue de la séquence (3). Puis, le récepteur prend une décision logique en faveur du mot pour lequel le nombre de bits de différence est minimum. Si la distance minimale des bits sous l'effet d'influences perturbatrices n'est pas atteinte seulement pour un seul mais deux ou plusieurs mots de comparaison diffé- rents, cela correspond à une signification multiple affichée en tant que telle. Dans ce cas, le récepteur reconnaît la si- gnification multiple en tant que telle et transmet toutes les décisions qui conduisent de la même manière à une somme d'erreurs, minimale. Ces informations sont explicitées dans la suite à l'aide de l'exemple déjà commence. Puis, on calcule chaque fois le nombre de dévia- tions par rapport au code idéal dans le cas de la séquence non perturbée (5) ou (6). On obtient la matrice des erreurs suivante: i=l, nombre d'erreurs = 0 17 17 18 17 18 18 19 i=2, nombre d'erreurs = 17 18 18 19 O 17 17 18 i=3, nombre d' erreurs = 19 18 18 17 18 17 17 0 i=4, nombred'lerreurs = 17 0 18 17 18 17 19 18 () i=5, nombred'erreurs = 17 0 18 17 18 17 19 18 i=6, nombred'erreurs = 0 17 17 18 17 18 18 19 Il apparaît que la déviation est nulle pour le premier mot " i = 1 " si l'on choisit la colonne 0 c'est-à- dire cO; puis pour le second mot il s'agit de la quatrième colonne, c'est-à-dire c4; pour le quatrième mot, il s'agit de c7, etc. On range les indices des mots de code les uns à côté des autres pour faire disparaître l'erreur. On obtient ainsi: 0 4 7 1 1 0 c'est-à-dire l'information. Le comportement du récepteur sera décrit ci-après dans le cas d'une liaison de transmission perturbée. La per- turbation peut avoir pour conséquence soit une falsification10 de certains bits ou groupes de bits dans (5i ou (6) à cause du bruit, soit une disparition complète de différents bits ou groupes de bits du signal reçu et leur élimination pratique- ment par " estampage ". Le signal (8) suivant se distingue du signal (5) sans erreur en ce qu'en certains endroits il ne15 transmet aucune information. Les trous " estampés " portent la référence X. XOO 1011 1001 0101 1OXX OXO0 0100 0000 011 lXOO 0101 0001 0100 0010 0100 1111 0001 0111 0110 1000 1110 X011 0110 0111 0000 1011 1101 1010 OX 000(9) 0111 0000 1011 1101 1010 001X0 XXX0001 t00 0111 0000 1011 1101 1010 0010 XXX1 000 1011 1001 0101 1010 0001 0100 0000 En écrivant ce tableau sans intervalle, on ob- tient: I " I I I Xool1001O11oOllOXXoX01010000000111XOo00011000101000010010011 1101000010111011010001110Xo01ol1o0OOOll1oooolOlll1Ol1O1OOOXO III 0001100011100001011110110100010Xxx1000101100101011010000101 000000 (10) Dans ce schéma, pour indiquer plus clairement la position des erreurs, on a utilisé des points d'exclamation. Ce schéma contient globalement en dix endroits des trous de bits pour 186 positions. Le récepteur d'informations proposé ici n'a pas la moindre difficulté dans le cas d'un tel rapport relative- ment faible de bits d'erreur, d'extraire l'information cor- recte. Comme décrit, il constitue la matrice des erreurs et trouve à la place de (8): i=l1, nombre d'erreurs = 2 16 15 19 18 18 17 19 i=2, nombre d'erreurs = 16 18 17 19 0 16:17 17 i=3, nombre d'erreurs = 19 18 19 18 18 17 19 1 i=4, nombre d'erreurs = 17 1 18 18 18 18 19 19 (11) i=5, nombre d'erreurs = 20 3 20 19 18 17 20 19 i=6, nombre d'erreurs = 0 17 17 18 17 18 18 19 On voit que l'erreur minimale n'est, le cas échéant, pas 0 mais 1, 2 ou 3. La décision en faveur de l'erreur la plus faible indépendamment de la perturbation, donne sans équivoque l'information correcte a priori: information = 0 4 7 1 1 0 La fonction de corrélation correcte entre le si- gnal reçu, perturbé et la séquence de synchronisation est donnée à la figure 4. Cette fonction ne se diffère que très légèrement du profil idéal. Le schéma selon l'invention se décompose en deux composants " émetteur " et " récepteur ". L'émetteur (figure ) reçoit d'un côté l'information à transmettre. Il comporte une mémoire de code qui contient la suite des bits de l'alphabet à combiner à la séquence de synchronisation, par exemple dO... d7. Il extrait séquentiellement les suites de bits de la mémoire de code comme l'exige l'information à transmettre. Si à l'entrée d'informations on a l'octet " n ", on prend le mot " dn " dans la mémoire de code. Ces mots ou séquences de bits sont appliqués séquentiellement à l'entrée de données d'un codeur Manchester II. Ce codeur reçoit sur une autre entrée, un signal d'horloge pour définir les sé- quences de suites de bits. Le signal de sortie du codeur mo- dule de manière connue dans le modulateur un signal porteur HF fourni, par exemple par détection de phase selon la ca- dence du code Manchester II. La figure 6 montre le circuit d'un exemple de réalisation du récepteur. Après la démodulation du signal HF reçu on obtient de nouveau un code Manchester II. Celui-ci est appliqué à l'entrée d'un détecteur Manchester II. Le code Manchester II a la propriété de contenir la fréquence d'horloge ce qui permet de supprimer l'entrée d'horloge pour le détecteur. Le décodeur récupère de manière interne la fré- quence d'horloge du signal émis et fournit cette fréquence à l'une de ses sorties. Le récepteur comporte également une mé- moire de code qui contient toutefois les mots cO-c7, mais contrairement à l'émetteur, la séquence de synchronisation (3) n'y est pas contenue. La porte découpe la suite de bits fournie par le décodeur en une séquence par exemple 31 bits voisins et con- sidère cette séquence comme un mot de données. Dans le compa- rateur en aval, ce mot est comparé à chaque mot contenu dans la mémoire de code et on détermine l'indice " i " pour lequel le nombre de bits différents est minimum. Puis le mot de données, reçu est relié au mode code " ci " selon les règles d'une combinaison logique OU- EXCLUSIF, en procédant bit par bit. Lorsque la position de l'impulsion de porte ci-dessus est correcte dans le temps, cette opération donne le signal résiduel qui coïncide en théorie avec la séquence de synchronisation. Ce signal rési- duel ou signal de reste est mis en corrélation avec la sé- quence de synchronisation qui est à priori connue. Si le circuit fonctionne correctement, on obtient une suite d'impulsions en forme d'aiguilles comme résultat de la corré- lation comme cela est indiqué à la figure 4. La fonction de corrélation effectivement contenue est comparée dans un autre comparateur au modèle théorique prévisible. Si cette comparaison indique que l'on ne génère pas les impulsions en forme d'aiguilles, prévisibles, mais seulement du bruit, le récepteur saura que l'impulsion de porte est affectée d'une position de phase inversée. Puis après la division de la fréquence d'horloge par la longueur de code pour une temporisation complémentaire, on l'insère dans les étapes de l'intervalle de cadence jusqu'à ce que la5 dernière comparaison ci- dessus donne un résultat positif. L'intervalle de cadence ci-dessus est la période de la fré- quence d'horloge fournie par le décodeur. Selon une caractéristique avantageuse du procédé, on effectue la modulation numérique comme manipulation de phase ou sous forme de codage par déplacement de fréquence FSK (Frequency Shift Keying). Selon une autre caractéristique avantageuse du procédé, on effectue la modulation numérique comme modulation de position d'impulsions (PPM) ou modulation d'impulsions co-15 dées (PCM). l1 R E V E N D I C A T IONS 1 ) Procédé de transmission et d'exploitation de signaux d'informations numériques fournis par un émetteur et un ré- cepteur ainsi que de décodage de ces signaux et correction des erreurs, procédé selon lequel les mots d'un alphabet pré- déterminé et connu se distinguent par un code, caractérisé en ce que à l'émission, on prend la suite des bits souhaités dans un catalogue de signaux numériques avec des séquences fixées (états 0 et 1) on génère le signal suivant, on module de ma- nière numérique et on combine les signaux à ceux des suites de bits qui minimisent le nombre d'erreurs de bits, on com- bine chaque mot de l'alphabet (2) par une combinaison logique OUEXCLUSIF, bit par bit à la séquence (3) et on modifie puis on transmet au récepteur ayant une référence de temps syn- chronisée, le récepteur décomposant la séquence (6) en une suite de mots de longueur choisie et combinant chaque mot re- çu selon les règles de l'addition " Modulo-2 " avec l'alphabet (2) avant de combiner à une séquence de synchroni- sation et à partir de la différence entre l'alphabet (2) et l'alphabet (4), on forme le code de synchronisation et on ef- fectue une corrélation avec la séquence de synchronisation. 2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on effectue la modulation numérique comme manipulation de phase ou sous forme de codage par déplacement de fréquence FSK (Frequency Shift Keying). 3 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on effectue la modulation numérique comme modulation de posi- tion d'impulsions (PPM) ou modulation d'impulsions codées (PCM). 4 ) Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'émetteur comporte une mémoire de code avec les suites de bits de l'alphabet à combiner à la séquence de synchronisation, et les suites de bits sont extraites séquentiellement de cette mémoire pour être appliquées séquentiellement à5 l'entrée de données d'un codeur Manchester II dont l'autre entrée reçoit un signal d'horloge pour définir la fréquence des suites de bits ainsi qu'un modulateur pour le signal por- teur HF et un récepteur dont l'entrée comporte un démodulateur pour rétablir le code Manchester II pour le signal HF,10 reçu et un décodeur Manchester II ainsi qu'une mémoire de code et une porte ainsi qu'un comparateur avec une logique de décision.