Brevet FR2823624A1 — publié le 20021018

émis sur ladite voie descendante. La présente invention concerne un procédé de décodage de codes produits dans un système de transmission de donnces sans-fil. Elle s'applique notamment à des systèmes de communication du type de ceux connus sous l'abréviation anglo-saxonne DECT de "Dlgital Enhanced Cordeless Telecommunications", (référence documentaire: " Personal Wireless Communication with DECT and PWT " by John A. Phillips and Gerard Mac Namee, édition Artech HousePublisLers 1998)utilisant des équipements mobiles alimentés par batteries ou piles pour effectuer de la surveillance à distance et générer des alarmes tel que par exemple, le suivi de patients à leurs domiciles à partir d'un centre sanitaire, les paramètres vitaux du patient étant transmis par une liaison DECT sans fil par des capteurs disposés sur le corps du patient. L'invention peut également s'appliquer à d'autres systèmes de transmission sans fil du type TDM ou FDM, TDM et FDM étant respectivement les abréviations anglo- saxonnes de "Time Division Multiplexing" et " Frequency Division Multiplexing". L'évolution technologique en matière de télécommunications permet d'offrir de nouveaux services aussi bien dans le domaine grand public que dans le domaine de l'entreprise. Parmi ces services, on compte bien entendu la transmission de la parole mais aussi la transmission de données sécurisée ou non. Le développement des systèmes radio permettant d'accéder à différents services tout en autorisant une grande mobilité correspond à une évolution majeure dans le domaine des télécommunications. Actuellement, les systèmes de surveillance à distance disponibles sur le marché visent à transmettre essentiellement des informations simples de type "alarme" (détection de présence par exemple) ou bien de type "données" à très faible détit comme par exemple de la messagerie, de la mesure de température, d'humidité etc..Ceux-ci, pour la plupart, utilisent pour les transmissons les bandes libres dites ISM qui sont réservées aux applications industrielles, scientifiques et médicales. Cependant le choix de ces bandes ne permet pas touj ours une bonne qualité de service en raison de la présence de nombreux systèmes interférents fonctionnant dans une même bande ISM. D'autres systèmes mettent en _uvre le système de transmission de données DECT. Ces systèmes sont moins courants et sont aujourd'hui principalement orientés vers de la transmission de données à bas débit bien que, des produits type modem radio sans fil permettant l'accès au réseau Internet à partir d'un ordinateur et supportant des débits jusqu'à 56 kbits/s commencent à se développer. Cependant le débit annoncé dans ces applications ne correspond généralement pas au débit utile de celles-ci car il ne tient pas compte des dégradations apportées par le canal de propagation et du protocole Internet TCP/IP qui impliquent des retransmissions nombreuses. De plus l'optimisation de la consommation en énergie nécessaire aux fonctionnement de ces systèmes n'a pas besoin d'étre réalisée car ceux ci sont alimentés directement par le réseau de distribution général de l'électricité du type de celui connu en France sous le sigle EDF. Un système de transmission DECT est un système de radio communication cellulaire qui permet d'acheminer des communications de mobiles se déplaçant à l'intérieur de micro-cellules d'un territoire déterminé. Parmi les contraintes attachées à ce système, on trouve essentiellement la gestion les problèmes de changement de cellule et de localisation, le respect de certains critères de sécurité ou de confidentialité, un mobile ne devant pas entendre les communications d'un autre mobile si celui ci n'en est pas autorisé. La confidentialité est assurce dans un système DECT au niveau de la couche physique par une allocation de ressource unique pour chaque utilisateur c'est à dire qu'à chaque utilisateur est associé une fréquence f et un intervalle de temps (IT) dans la trame TDM, et au niveau des données grâce au cryptage des informations transmises par chaque mobile. Un système DECT doit pouvoir, d'autre part, s'interconnocter avec d'autres systèmes tels que ceux connus par exemple sous les abréviations RTC (Réscau Téléphonique Commuté), RNIS (Réseau Numérique à Intégration de Service) et GSM (Global System for Mobile). Les transferts d'informations s'effectuent de facon synchrone sur une même fréquence par un multiplexage temporel de trames, connu sous l'abréviation TDMA du vocable anglo-saxon "Time Division Multiple Access", pour permettre à plusieurs utilisateurs de communiquer sur cette même fréquence. Cette fonctionnalité est réalisée par un multiplexage de créneaux temporels réservés aux utilisateurs dans une même trame TDMA, chaque utilisateur pouvant exploiter, selon la configuration du système DECT, un ou plusieurs créneaux temporels. La norme DECT permet de transmettre des détits suffisamment importants pour supporter la plupart des applications de transmission de données telles que la transmission d'images animées ou fixes et de signaux issus de capteurs médicaux par exemple. Cependant les transmissions qui ont lieu par voie radio sont sujettes à des évanouissements qui viennent perturber les données transmises. Ces perturbations peuvent affecter une ou plusieurs trames et leur périodicité peut être importante pouvant atteindre par exemple un évanouissement toutes les 20 trames. Aussi pour préserver l'intégrité des donnéss transmises une solution qui est classiquement employée, consiste à retransmettre l'intégralité des trames qui ont été perturbées mais ces retransmissions sont consommatrices d'énergie et ce d'autant plus que la périodicité des évanouissements est importante et que le débit des données transmises est important. Dans ces conditions le processus de retransmission de toutes les trames perturbées augmente de façon assez considérable l'énergie nécessaire à l'alimentation des émetteurs récepteurs portatifs des mobiles en même temps qu'elle augnente les temps de transmission des informations entre émetteurs et récepteurs Le but de l' invention est d'améliorer les performances en terme de taux d'erreur binaire et/ou de consommation d'un système de transmission numérique radlo fonctionnant dans un canal à évanouissements, avec comme système préférentiel le DECT, afin d' assurer la qualité de service nocessaire. A cet effet, l' invention a pour objet un procédé de décodage de codes produits dans un système de transmission de données sans-fil du type dans lequel les données à transmettre sont organisoes en trames d'un nombre déterminé de mots, les trames étant juxtaposées les unes aux autres suivant une organisation matricielle, chaque trame étant codée par un premier code en bloc C1 (Nl,Kl) et étant représentable par une ligne d'une matrice comportant K1 bits utiles et Nl-K1 bits de redondance, et les bits de même rang des mots homologues de chaque trame étant disposés sur une même colonne de la matrice et codés par un deuxième code en bloc C2 (N2, K2) détecteur correcteur d'erreurs comportant K2 bits utiles et N2-K2 bits de redondance, caractérisé en ce qu'il consiste lorsque des erreurs de transmission sont détectées, à n'effectuer des retransmissions que des trames défectueuses strictement nécessaires pour rentrer dans la capacité de correction du deuxième code en bloc C2 (N2,K2). Le procédé selon l' invention a pour avantage qu'il permet de baisser la puissance consommée par les émetteurs mobiles en minimisant, d'une part, la puissance émise nécessaire et d'autre part, le nombre de retransmissions s nécessaires de trames élémentaires tout en apportant un gain de performance en terme de taux d'erreur binaire en fonction du rapport signal à bruit important relativement à ce qui est obtenu normalement par une simple mise en _uvre d'un système concu suivant la norme DECT. D'autres caractéristiques et avantages de l' invention apparaîtront à l'aide de la description qui suit faite en regard des dessins annexés qui représentent: La figure l un schéma général d'un système de transmission de données mettant en _uvre le procédé selon l' invention. La figure 2 le principe de construction d'une trame de donnces selon l' invention Les figures 3A et 3B le principe d'encodage mis en _uvre par l' invention. La figure 4 la place occupée par un symbole sur une colonne de la matrice d'encodage de la figure 3B. La figure 5 un schéma illustrant le procédé de décodage mis en _uvre par l' invention. La figure 6 un protocole d'échange d'informations entre un mobile et un équipement fixe faisant application du procédé selon l' invention. La figure 7 un graphique permettant de comparer les performances en terme de taux d'erreurs obtenues grâce au procédé selon l' invention, relativement à celles obtenues en exéautant un décodage prescrit suivant la norme DECT pour des conditions de rapport signal à bruit identiques. Le procédé selon l' invention s'applique plus particulièrement à des liaisons radio établies entre des équipements mobiles et un équipement fixe rattaché à un réseau de transmission externe du type RTC ou GSM par exemple. Chaque équipement fixe comporte de la facon représentée à la figure l, un encodeur de données l et un en codeur de canal 2. Il transmet sur un canal radio 3 des donnces à destination d'un équipement fixe comportant un décodeur de canal 4 et un détecteur d'erreur 5. Le type de liaison auquel s'applique l' invention est plus particulièrement réservé aux liaisons asymétriques au sens o le débit des données dans la direction allant de l'équipement mobile vers l'équipement fixe est très supérieur au déLit de la direction inverse. Le rôle de la liaison dans la direction allant de l'équipement fixe vers l'équipement mobile est de transmettre les informations nécessaires à la mise en _uvre d'un protocole de retransmission des donnces lorsque des erreurs sont détectées dans les donnces recues par l'équipement fixe et de permettre les échanges de données bas débit, par exemple, dans le cas de liaisons asymétriques depuis l'équipement fixe vers l'équipement mobile. Le protocole de retransmission mis en _uvre par l' invention permet d'assurer une qualité de transmission globale en adéquation avec les impératifs de chaque application possible de l'invention. Le protocole repose sur une détection d'erreurs effectuée par le détecteur d'erreur 5 dans une séquence de bits préalablement encodée par un champ CRC dans l'encodeur 1. Dans le schéma de la figure l seul le décodeur de canal 4 permet de corriger les éventuelles erreurs de transmission. Un champ détecteur d'erreur CRC, abréviation anglo-saxonne de "Cyclic Redondancy Chack" permet de vérifier que le décodage canal s'est déroulé correctement. Il est important que la capacité de correction du décodeur canal soit suffisante pour que le nombre de transmissions sans échec soit maximum. En effet, plus les retransmissions seront nombreuses plus le système risque de perdre des trames de données et plus la consommat ion global e des équipements mobiles devient importante. Dans la mise en _uvre de l' invention la structure de la trame globale des donnces à transmettre peut comporter une concaténation de plusieurs trames élémentaires, chaque trame élémentaire étant équivalente à une trame DECT. Dans le cas d'une concaténation de plusieurs trames il est alors nécessaire de prévoir pour chaque trame un champ d'en-tête pour la numérotation de chaque trame transmise et la transmission des compteurs associés au protocole de retransmission. Ce champ contient notamment des étiquettes relatives aux trames DECT transmises (numéro de trame, numéro de retransmission...) ainsi que certaines informations concernant l'état du système. Le principe d'encodage qui est représenté à la figure 2 consiste à effectuer aux étapes référencées de 6 à 11 un encodage canal suivant la norme DECT des donnces de contrôle et les données fournies par les différents capteurs. Pour ce faire un multiplexage des donnces de contrôle référencées 7 et des données provenant des différents capteurs est effectué à l'étape 8. Ces données sont encodées par tout procédé connu à l'étape 9 par un code détecteur d'erreur CRC. L'encodage C1 qui est effectué aux étapes 10 et 11 consiste à effectuer à l'étape 10 un encodage des donnces codées de l'étape 9 par un code Cl(Nl,K1) o K1 désigne le nombre de bits utiles présents à l'entrée du codeur C1 et N1 le nombre de bits obtenus en sortie du codeur C1. Ce codage permet à partir d'un mot de K-uplets (Xl,.. ..,Xk) d'obtenir un mot de N-uplets (Y1,....,YN) avec N-K bits de redondance. Une 2s concaténation des mots obtenus à l'étape 10 est effectuces à l'étape 11 en K trames d'un nombre déterminé q de mots (10 mots dans l'exemple de la figure 2). Les K trames obtenues sont ensuite encodées aux étapes 12 et 13 par un deuxTème code C2(N2, K2) dans le but de protéger K1 K2 bits utiles. L'encodage porte ainsi sur K2 mots de K1 bits utiles. Rangés sous forme de matrice, ces K2 mots de N1 bits forment N1 colonnes. Le code C2(N2, K2) est appliqué à chacune des N1 colonnes de K2 bits pour obtenir N1 mots de N2 bits avec K1.K2 bits utiles. Selon l'application particulière de l' invention liée notamment à la transmission de données médicales selon les règles de la norme DECT, il existe un mode préférentiel dans lequel le codage des lignes par le premier code C1 a lieu dans le corps de Galois G(2puissancel) et le codage des colonnes a lieu dans le corps de Galois G(2 puissance 6). Bien évidemment les codes C1 et C2 peuvent appartenir à des corps de Galois quelconques. Le code C1 protoge les trames élémentaires soit les lignes du code produit. K2 est le nombre de trames élémentaires utiles émises. Ces trames sont codées par le code C2 ce qui rajoute N2-K2 trames émises de redondance. Une représentation matricielle de l'encodage obtenu est montré aux figures 3A et 3B. Dans cet encodage lorsque des symboles sont transmis en étant codés sur un nombre déterminé de q bits chaque symbole occupe sur une même colonne plusieurs lignes consécutives comme cela est représenté sur la figure 4. Le décodage des trames est effectué suivant l'organigramme de la figure 5. Le décodage des N2 lignes du code produit est effectué à l'étape 14. Chacun des Nb mots d'une ligne codé par le code C1 est détecté puis est éventuellement corrigé par le décodeur associé C1. A chacun des mots le procédé associe une étiquette de valeur O ou 1, la valeur O indique que le mot détecté comporte des erreurs 2s et n'a pas pu être corrigé, la valeur 1 indique que le mot ne comporte pas d'erreur ou a pu être corrigé. Une étiquette de valeur O pour tous les mots d'une trame indique que la trame est perdue. A l'étape 15 suivante le procédé effectue un décodage des colonnes en utilisant les informations contenues dans les étiquettes de chaque mot et fournies lors de l'étape précédente lors du décodage des lignes. Si l'étiquette d'un mot i est nulle dans chacune des N1 colonnes correspondantes à ce mot, la position est indiquée comme non fiable. Si le nombre de mots ayant une étiquette nulle est supérieur à la capacité de correction du code C2, un échec de décodage des N1 colonnes du bloc correspondant est prévisible. Ainsi à la suite du décodage des lignes, les étiquettes permettent de prédire l'échec du décodage des colonnes et de définir à ce moment le nombre minimum de trames ou de lignes à retransmettre pour rentrer dans la capacité de correction du deuxième code C2 sur les colonnes. Les retransmissions sont effectuées à l'étape 16, elles ont lieu sur les K2 trames élémentaires dites utiles car les N2-K2 trames de redondance ne contiennent pas de signalisation permettant de les ranger correctement dans la mémoire du récepteur fixe. Elles sont suivies à l'étape 17 par un décodage des colonnes par le deuxième code C2. Afin d'obtenir une dépense d'énergie minimum, il est nécessaire de retransmettre juste ce qu'il faut pour rentrer dans la capacité de correction du code C2. Ainsi en supposant par exemple que le code C2 ne peut corriger que "e" effacements et qu'il y a eu "e+1" effacements au cours de la transmission, le code C2 ne pourra 2s les corriger, sanf à effectuer une retransmission d'un seul symbole parmi ceux effacés c'est à dire de la trame qui le contient. Dans le cas par exemple o chaque symbole occupe sur une même colonne des positions sur un nombre déterminé k de lignes conséautives, k lignes devront être répétées. Si après répétition le symbole est bien reçu la correction des autres symboles pourra être effectuée. Le choix des symboles à répéter d'une même colonne est déterminé en considérant le nombre de bits effacés dans chaque symbole. Les symboles à répéter sont alors ceux qui contiennent sur une même colonne le moins de bits effacés car il suffit dans ce cas de ne retransmettre que les lignes des bits effacés correspondantes. Selon un autre mode d'exécution du procédé selon l' invention, un décodage des colonnes peut être effectué suivi d'un nouveau décodage des lignes en tenant compte des corrections apportées avant toute répétition. Ce nouveau décodage des lignes apporte une modification des étiquettes ce qui permet d'appliquer à nouveau le processus de marquage des mots non fiables et de prédiction des échecs de décodage de s co lonnes décr it précédemment avant de procéde r à un nouveau décodage des colonnes si nocessaire. La dernière étape du décodage d'une trame complète ou super trame consiste, une fois que le décodage est indiqué comme correct, à vérifier par les bits CRC si les bits décodés sont corrects par une division polynomiale modulo 2. Si le reste de la division polynomiale n'est pas nul pour les K2 lignes du code produit, la super trame est retransmise soit entièrement, soit partiellement selon le même procédé que celui décrit précédemment ou bien est décodée telle quelle avec les erreurs résiduelles si l'application utilisant le procédé est en mesure de s'en accommoder. Pour la mise en _uvre du procédé selon l' invention les données peuvent être stockées dans le mobile émetteur dans une pile de registre de type FIFO qui est l'abréviation anglo-saxonne de "first in, first out" ou une mémoire cyclique dont la capacité est suffisante pour mémoriser les trames élémentaires pendant un temps déterminé suffisant "TIME-MAX" pour permettre les retransmissions. Pour permettre les répétitions, un segment de répétition est adjoint à l'espace mémoire occupé par la matrice de décodage. Lorsque les données sont bien reçues, le segment de répétition est vide sauf si une répétition supplémentaire d'une trame précédente est nécessaire. Dans le cas o une répétition est nécessaire, le segment de répétition est utilisé afin de retransmettre les trames DECT strictement nécessaires pour permettre de rentrer dans la capacité de correction du code C2(N2, K2). S Le nombre de retransmissions autorisées est limité par la tail le de la mémoire di sponible sur les équipements mobi le ou fixe. Un protocole d'échange d'informations entre un mobile et un équipement fixe faisant application du procédé selon l' invention est décrit ci après à l' aide du schéma représenté à la figure 6. Sur ce schéma le processus d'échange commence à l'étape marquée 18 par l'envoie d'une trame élémentaire n i par l'émetteur mobile. Aux étapes marquéss 19 et 20 l'équipement fixe d'une part, se synchronise sur les mots de la trame élémentaire qu'il reçoit et d'autre part, effectue un décodage des Nb mots de codes C1 avec détection des erreurs de décodage sur les mots de code C1 suivi d'un marquage des erreurs sur les Nb mots de code C1. A l'étape suivante marquée 21 un vecteur d'acquittement A=( aO, al,....aNb-1) est construit, dans cette construction une composante ai=0 signifie une validation de l'acquittement et une composante ai=1 signifiant une non validation de l'acquittement. A l'étape marquce 22 le récepteur construit la signalisation de la voie de retour en insérant les résultats du marquage de la trame N i qu'il a reçue, puis il envoie la trame de retour qu'il a construite contenant la signalisation et éventuellement d'autres données. A l'étape marquée 23 la trame de N i est reçu sur la voie de retour par l'émetteur mobile qui se synchronise et décode les Nb' mots de code C'i de la voie de retour. Eventuellement à cette étape, l'émetteur mobile effectue les mêmes traitements effectués aux étapes 20 et 21 par le récepteur fixe. Touj ours à l'étape marquée 23 une détection d'erreur est effectuée via le champ CRC pour vérifier s'il est possible d'exploiter les informations de marquage contenues dans la signalisation de la trame de retour. A l'étape marquée 24 le vecteur d'acquittement A recu est sauvegardé en mémoire s'il n'y a pas eu d'erreur détectée, sinon l'émetteur mobile considère que toutes les composantes du vecteur A sont égales à 1. A la fin de cette étape l'émetteur du mobile passe à l'émission de la trame suivante. Les courbes représentées sur la figure 7 retracent les performances apportées par le procédé selon l' invention relativement à ce qui est obtenu, à caractéristiques de rapport signal à bruit égales avec un système opérant strictement suivant la norme DECT. La courbe A correspond à un codage DECT de caractéristique BCH (80, 64) et la courbe B correspond à un codage DECT selon l' invention de caractéristiques (C1: BCH (80, 64), C2 RS (63,53)), les abréviations BCH et RS signifiant qu'il s'agit de codes de Bose-Chauduri-Hocquenghem et de Reed-Solomon. La comparaison entre ces deux courbes montre que le taux d'erreur pour la courbe A qui est de 10-3 pour un signal à bruit de 21 dB passe pour ce même rapport à -4 pour la courbe B. Pour des rapports signal à bruit plus importants le gain en taux d'erreur augmente très fortement en passant par exemple de 10-3 à 10-7 pour un rapport signal 2s à bruit de 23dB ces performances étant obtenues pour des conditions de propagation typiques du DECT dans les bâtiments (canal de type " indoor "). Revendi cat ions 1-Procédé de décodage de codes produits dans un système de transmission de donnces (9) sans-fil du type dans lequel les données à transmettre sont organisées en trames d'un nombre déterminé de mots, les trames étant juxtaposées (11) les unes aux autres suivant une organisation matricielle, chaque trame étant codée (10) par un premier code en bloc Cl(Nl,Kl) et étant représentable par une ligne d'une matrice comportant K1 bits utiles et Nl-K1 bits de redondance, et les bits de méme rang des mots homologues de chaque trame étant disposés sur une même colonne de la matrice et codés (12) par un deuxième code en bloc C2(N2,K2) détecteur correcteur d'erreurs comportant K2 bits utiles et N2-K2 bits de redondance, caractérisé en ce qu'il consiste lorsque des erreurs de transmission sont détectées, à n'effectuer que les retransmissions (16) des trames défectueuses strictement nocessaires pour rentrer dans la capacité de correction du deuxième code en bloc C2(N2,K2). 2- Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il consiste à attribuer (14) à chaque mot décodé d'une ligne de la matrice une étiquette de contenu O ou 1 indiquant que le mot comporte ou non des erreurs. 3- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2 caractérisé en ce qu'il consiste à attribuer une valeur non fiable à chacune des nl colonnes d'un mot non fiable. 4- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce qu'il consiste à considérer qu'une trame a été perdue lorsque les étiquettes de tous les mots indiquent que les mots contiennent des erreurs. - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce qu'il consiste à déclencher des retransmissions (16) lorsque le nombre d'étiquettes de contenu O sur une même colonne dépasse la capacité de correction du code C2(N2,K2). 6- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que les répétitions (16) n'ont lieu que sur les K2 trames élémentaires utiles. 7- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce qu'il consiste lorsque les données sont constituées par des symboles codés sur plusieurs bits, chaque symbole occupant sur une même colonne des positions sur un même nombre déterminé de lignes consécutives, à répéter parmi les symboles qui sont requs ceux qui contiennent le moins de bits effacés et qui sont en nombre suffisant pour rester dans la capacité de correction du code C2(N2,K2). 8- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que chaque trame comporte un champ d'en tête comprenant un numéro de trame et un numéro de retransmisslon. 2s 9- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisé en ce que le codage des lignes par le premier code C1 a lieu dans le corps de Galois G(2puissancel) et en ce que le codage des colonnes a lieu dans le corps de Galois G(2 puissance 6). 10- Procédé selon l'une quelconque ses revendications 1 à 8 caractérisé en ce que le codage est un codage DECT, le premier code C1 étant un code BCH(80,64) et le deuxième code