Brevet FR2924565A1 — publié le 20090605

Procédé de communication numérique vocale chiffrée et à l'alternat, terminaux pour la mise en oeuvre du procédé, et 5 système comportant les terminaux L'invention concerne les systèmes de télécommunications vocales, du type à débit limité et à alternat, utilisé dans les systèmes de contrôle aérien civils et militaires pour assurer les liaisons phoniques entre les io opérateurs de contrôle aérien et les membres des postes de pilotage des avions sous contrôle. La chaîne phonique de ces systèmes de télécommunications comporte, en référence à la figure 1, un centre de contrôle 1 géographiquement bien 15 localisé, dont les fonctions peuvent s'apparenter à celles d'un PABX (Private Automatic Branch eXchange ou autocommutateur privé), des centres radio 2 en liaison radio 5 avec des avions 4 dont le vol est à contrôler, le centre de contrôle 1 et les divers centres radio 2 étant reliés par un réseau de communication public ou privé, analogique ou 20 numérique. Les centres radio 2 sont ainsi situés en déport géographique du centre de contrôle 1, par exemple à plusieurs centaines de kilomètres de distance, et sont répartis convenablement pour permettre la couverture d'une zone 25 aérienne à contrôler. Les liaisons radio 5 sont du type � à l'alternat �. En l'absence de toute action d'un opérateur de contrôle situé dans le centre 1, la liaison phonique au sol est établie dans le sens avion -centre de contrôle. Quand le contrôleur souhaite parler au pilote, il émet un signal d'alternat, ce qui commande au niveau des centres radio 2 d'émettre les signaux de phonie reçues du centre 1 par le réseau de communication vers l'avion 4 sur une fréquence avion déterminée, ici en gamme VHF ou UHF. Inversement, si le pilote émet un signal depuis l'avion 4, il commande les centres radio 2 à sa portée radio de recevoir les signaux analogiques de phonie qu'il a émis à la même fréquence que ci-dessus et de les retransmettre sur le réseau de communication vers le centre de contrôle 1, accompagné d'un � appel avion �. Dans les deux cas, les signaux d'alternat ou d'appel avion sont joints aux s signaux de phonie et constituent, pour partie, des données de service contribuant à la gestion des appels au niveau du centre de contrôle et au niveau des centres radio. Lorsque le réseau est un réseau numérique, par exemple un réseau RNIS io (réseau numérique à intégration de services), incluant des canaux B à 64 kilobits par seconde, les échantillons numériques sont obtenus en numérisant le signal de parole de part et d'autre du réseau, conformément à la norme G711 de numérisation de la phonie, méthode qui favorise les faibles niveaux, en compressant fortement tout en 15 conservant une bonne dynamique. On pourrait compresser les données par vocodeur pour dégager un canal de transmission de données de services, mais dans les systèmes du type ci-dessus, où les données vocales à transmettre sur le réseau peuvent. être 20 déjà numérisées, compressées et chiffrées, on aboutit à une double compression, fatale à la qualité de l'audition avion. Par ailleurs, les procédés de chiffrement utilisés ignorant les notions : i) d'octet, forme sous laquelle les échantillons d'intensité vocale sont 25 numérisés et codés, et ii) de trame, plusieurs difficultés se sont alors présentées à la demanderesse. Comment en effet synchroniser les débuts d'octets et également distinguer les données de service des données vocales ? 30 Et c'est en cherchant à résoudre ce problème que la demanderesse propose son invention. À cet effet, l'invention concerne un procédé de communication vocale 35 numérique, la voix étant échantillonnée et numérisée sous forme d'une suite d'octets représentant des échantillons d'intensités sonores et les communications comportant des données vocales et des données de service numériques, caractérisé par le fait que, après la phase de numérisation, un premier octet prédéterminé au moins étant interdit, on 40 le remplace systématiquement par un second octet prédéterminé et on utilise le premier octet prédéterminé comme synchroniseur octet des données transmises. Le flux obtenu est alors chiffré et émis. En réception, le déchiffrement 5 restitue les synchroniseurs comme les données utiles. Avantageusement, on synchronise les données avec ledit premier octet de synchronisation après déchiffrement. lo De préférence, on remplace l'octet de synchronisation interdit dans les données vocales par l'octet précédent des données vocales. De préférence encore, la communication étant du type à l'alternat, les commandes d'alternat sont transmises sous forme d'absence d'octet de 15 synchronisation dans le flux numérique. De préférence toujours, pour maintenir une communication dans son état, on répète la transmission de l'octet de synchronisation. 20 De préférence encore, la numérisation de la voix étant effectuée selon une loi A, le premier octet prédéterminé de synchronisation est représentatif d'un échantillon d'intensité nulle et a pour expression hexadécimale `D5' qui correspond à une grandeur binaire positive. 25 Dans une autre mise en oeuvre du procédé, le second octet prédéterminé est choisi représentatif de la valeur binaire négative de l'échantillon d'intensité nulle et a pour expression hexadécimale `55'. Ainsi la qualité auditive de la voix n'est pas altérée. 30 Avantageusement, le premier octet particulier est répété suffisamment en début de communication en fonction de la qualité de la transmission pour former un préfixe de calage précédant immédiatement les données de service, et à la fin des données de service pour indiquer la fin des données utiles. 35 Avantageusement, les données de service sont immédiatement exploitées par le récepteur pour qu'il se mette dans un état de fonctionnement convenable dès la disparition du marqueur de début de données de service. L'invention concerne également un terminal de communication vocale numérique, comportant un micro, un module de numérisation phonie délivrant une suite d'octets d'intensité phonique représentative d'une communication vocale, un module de commande d'alternat délivrant des données de service et au moins un module émetteur d'interface réseau, caractérisé par le fait qu'il comporte en plus un module de synchronisation agencé pour remplacer dans ladite suite d'octets au moins un premier octet prédéterminé par un second octet prédéterminé et io pour utiliser le premier octet prédéterminé comme synchroniseur octet encadrant les données de service. L'invention concerne également un terminal de communication vocale numérique, comportant un module récepteur d'interface réseau, un 15 module de conversion numérique-analogique d'une suite d'octets d'intensité phonique représentatives d'une communication vocale reçue sur le module récepteur, un module de commande d'alternat et des moyens de diffusion, caractérisé par le fait qu'il comporte en plus un module désynchroniseur agencé pour reconnaître dans ladite suite 20 d'octets un octet particulier prédéterminé considéré comme synchroniseur, et pour commander le module de commande d'alternat et transmettre des données encadrées par lesdits octets prédéterminés de synchronisation. 25 L'invention concerne enfin un système de communication comportant au moins un de chacun des deux types de terminaux ci-dessus, caractérisé par le fait qu'ils sont reliés par une liaison numérique, par exemple un canal B de réseau RNIS, et que les données transmises sont chiffrées. 30 D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après du procédé selon l'invention, faite en référence au dessin annexé sur lequel : - la figure 1 est un schéma montrant la structure d'un système de télécommunications vocales numériques utilisé dans un système de 35 contrôle aérien ; - la figure 2 est un schéma par blocs fonctionnels d'un terminal comportant le module synchroniseur mettant en oeuvre le procédé de l'invention ; - la figure 3 est un schéma par blocs fonctionnels d'un récepteur exploitant la synchronisation selon le procédé d,e l'invention ; la figure 4 est un chronogramme illustrant le traitement des signaux de phonie ; la figure 5-A est un chronogramme représentant les signaux de phonie avant et après synchronisation selon le procédé de l'intervention et, - la figure 5-B est un chronogramme de fonctionnement du système comportant le terminal et le récepteur ci-dessus. Io En référence à la figure 1, le système de communication 99 se compose d'un centre de contrôle 1, généralement désigné VCS (� voice communication system �), de plusieurs centres radio 2 reliés au centre de contrôle par un réseau de communication 3, de type RTC ou RNIS, dans 15 ce dernier cas sur un canal B, et d'avions 4 sous contrôle radio. Le centre de contrôle 1 comporte un ensemble de terminaux 6 appelés ici postes opérateurs de contrôle (POC) 6 structurés autour d'un autocommutateur 9, ici un équipement SAF 3000, de la société 20 Communication et Systèmes relié au réseau par une interface de ligne 11. L' autocommutateur 9 est ici un autocommutateur intelligent choisissant les POC 6 à relier aux centres radio 2 et les centres radio 2 à relier aux 25 avions 4, selon une réalisation actuellement utilisée. Il coordonne le réseau des communications ainsi établi en diffusant ses choix d'utilisation du réseau global aux POC 6 et aux centres radio 2. L'interface 11 cumule en plus ici les fonctions de compression / 30 décompression et de chiffrement / déchiffrement. Symétriquement, chaque centre radio 2 est connecté au réseau public 3 par l'intermédiaire d'une interface 11' assurant en plus les fonctions de déchiffrement / chiffrement et de décompression / compression identiques à celles de l'interface 11 du centre 1, si bien que les données numériques transitant 35 sur le réseau 3 sont chiffrées. Les POC 6 sont reliés à l'autocommutateur 9 par un réseau informatique 10 du type intranet. Chaque centre radio 2 comporte, reliée au module 11' et donc au réseau 3, un terminal 7 qui est également un équipement SAF 3000 délivrant et recevant ses informations à un terminal radio 8, ici du type MIDS (Multifunctional Information Distribution System), lui-même en liaison radio 5 avec les postes de pilotage des avions 4 à portée radio. En référence à la figure 2, chaque POC comporte un module d'interface homme-machine 13 servant notamment à introduire des données de service et à effectuer une commande d'alternat, un module 24 de récupération des données de service ci-dessus et celles issues de l'autocommutateur 9 et des données de commandes d'alternat, une interface réseau numérique 23 et un bloc 12 de gestion des données vocales et de gestion temps réel du POC 6, un microphone 14 en sortie duquel est connecté un convertisseur analogique û numérique 27, convertissant la phonie analogique reçue du micro 14 en une suite d'octets d'intensité phonique représentatives d'une communication vocale, et un haut-parleur 15 en entrée duquel est inséré un convertisseur numérique û analogique 28, convertissant une suite d'octets d'intensité phonique représentatives d'une communication vocale reçue en des signaux de phonie analogique. La numérisation de la voix est ici effectuée avec un codage selon la loi A de la recommandation G711. En référence à la figure 3, le terminal 7 comporte symétriquement un module interface numérique 34, récepteur interface réseau, en liaison avec le module interface 11' recevant ou émettant des données numériques de phonie et de service, un bloc 32 de gestion temps réel des données phoniques et de service ci-dessus, un module commutateur d'alternat 39 recevant ses commandes du bloc 32 et relié soit à une ligne d'émission d'un convertisseur numérique analogique 37 soit à une ligne de réception d'un convertisseur analogique-numérique 38 des données de phonie et d'alternat ou d'appel avion, respectivement venant du centre 1 vers l'avion 4 ou venant de l'avion 4 vers le centre 1. La commande de commutation du commutateur 39 résulte de la reconnaissance, par le bloc 32, des signaux d'alternat présents dans des données de service jointes aux données de phonie par le bloc de gestion 12, qui reçoit les données de l'autocommutateur 9 comme ordinairement, et des signaux d'appels avion reçus par le module radio 8 et transmis au io bloc 32 par le module 39. Le module de gestion 12 du POC 6 reçoit les données numériques vocales issues du micro 14, récupère les signaux numériques d'alternat de l'interface 13 et assemble ces données et les transmet à l'interface 23 15 pour émission sur le réseau intranet 10 vers l'autocommutateur 9, lequel émet ces données à travers le réseau 3 selon les commutations qu'il a établies, comme à l'ordinaire, vers les centres radio 2. L'interface 23 est un modem émetteur d'interface réseau. 20 Les centres radio 2 émettent à leur tour les données vocales, ou de phonie, vers l'avion 4 par la liaison radio 5 et, pour confirmer cette émission, renvoient un signal � retour d'alternat � d'accusé de réception du module radio 8, et un signal de retour d'écoute au centre de contrôle 1. 25 Le module de gestion 32 reçoit les données numériques vocales et les signaux numériques d'alternat et de données de service issues de l'interface 34, sépare ces données les unes des autres et exploite les données de service pour transmettre les données numériques vocales au 30 modem 23 vers le module radio 8 pour émission radio 5 à l'avion 4 désigné dans les données de service. Ici, pour assembler et séparer les données phoniques des données de service, le bloc 12 du POC 6, d'une part, et le bloc 32 du terminal 7, d'autre part, comportent, respectivement, des modules 25 et 26 et des modules 35 et 36, dont les fonctions vont maintenant être précisées. Les modules 25 et 36 sont des modules synchroniseurs tandis que les 5 modules 26 et 35 sont des modules désynchroniseurs. Les modules synchroniseurs 25 et 36 sont agencés pour, en référence à la figure 4, remplacer (flèches R), dans la suite d'octets de la phonie numérisée 51 issue de la phonie analogique 50, un premier octet io prédéterminé codé "D5" hexadécimal par un second octet prédéterminé codé "55" hexadécimal pour fournir une nouvelle phonie et pour introduire dans cette nouvelle phonie une synchronisation utilisant le premier octet prédéterminé codé "D5" comme synchroniseur encadrant les données de service et de phonie et donner en final une phonie 15 numérique modifiée 52. Les modules désynchroniseurs 26 ou 35 sont agencés pour reconnaître dans la suite d'octets des données reçues l'octet particulier prédéterminé codé "D5", et pour que le module 12 ou 32 commande l'alternat ou 20 l'appel avion en fonction des données reçues dans les données de service accompagnant les données ou signaux de phonie et encadrées par les octets synchroniseurs "D5". La détection 54 du début de la phonie utile (ou des données de service) 25 intervient à la suite de la réception de n synchroniseurs "D5" (ici n=5) et de sa fin à la suite de la réception d'une suite semblable de synchroniseurs "D5". Les données de service peuvent ainsi être immédiatement exploitées par 30 le bloc 12 ou 32 pour qu'il se mette dans un état de fonctionnement convenable dès l'apparition du synchroniseur de fin de données de service. Les données de service sont évidemment codifiées de telle sorte qu'elles 35 ne comportent pas d'octets "D5" (remplacement des "D5" par des "55"). On notera que, la numérisation de la voix étant effectuée selon la loi A, le premier octet de synchronisation est choisi représentatif d'un échantillon d'intensité nulle ayant pour expression hexadécimale "D5" qui est une grandeur binaire nulle positive, tandis que le second octet particulier est choisi égal à � 55 � qui est représentatif de la valeur nulle négative de l'échantillon d'intensité nulle. La qualité auditive de la voix n'est donc pas altérée. io Pour sécuriser les communications dans le réseau 3, l'ensemble des données de phonie et de service peut ainsi être crypté dans le module 11, après l'introduction des synchroniseurs, et peut corrélativement être décrypté dans le module 11', avant la reconnaissance des synchroniseurs. 15 A l'inverse, l'ensemble des données peut être crypté dans le module 11' après l'introduction des synchroniseurs dans le bloc 32 et être décrypté dans le module 11 avant la reconnaissance des synchroniseurs dans le bloc 12. 20 Le déchiffrement par les modules 11 et 11' restitue les synchroniseurs en même temps que les données utiles de phonie et de service, ce qui permet de les distinguer et de les séparer. En réception dans l'interface 11 ou dans l'interface 11', on synchronise 25 la réception des données sur les premiers octets de synchronisation. Pour maintenir une communication dans son état de réception, on peut être amené à répéter la transmission de l'octet de synchronisation, lequel peut également être répété suffisamment de fois en début de 30 communication compte tenu de la qualité de la transmission. Une répétition d'octets de synchronisation constitue un préambule, c'est-à-dire un préfixe de calage qui doit précéder immédiatement les données de service. C'est aussi ce qui est transmis en l'absence d'alternat ou d'appel avion. 35 A la fin des données de service, un octet de synchronisation permet de caler et synchroniser les octets représentatifs des échantillons vocaux. Dans une autre mise en oeuvre, on peut remplacer l'octet de synchronisation interdit "D5" dans les données vocales par l'octet précédent des données vocales sans nuire davantage à la qualité sonore. Les modules synchroniseurs 25 et 36 comportent alors une mémoire permettant de mémoriser l'octet qui vient d'être lu avant l'octet courant comparé à l'octet synchroniseur "D5" pour le répéter et remplacer ainsi l'octet supprimé. Le fonctionnement du système 99 au cours d'un échange de io communications à l'alternat et à l'appel avion va maintenant être détaillé chronologiquement, en référence à la figure 5, en omettant, pour simplifier, les opérations de chiffrement et de compression. En référence à la figure 5-A, à l'alternat intervient une émission vocale 15 du centre 1 vers l'avion 4 via le centre radio 2. Se succèdent alors les étapes suivantes : - étape 100: l'opérateur commande l'alternat ; -étape 101 : le module de récupération 24 constitue une suite d'octets de données de service incluant la commande d'alternat de l'étape 20 100 ; -étape 102 : l'opérateur parle dans le micro 14 et étape 103 : les intensités sonores qui en résultent sont converties en suites d'octets par le convertisseur 27 ; - étape 104 : le module 25 supprime tous les octets identiques à l'octet 25 marqueur "D5" dans la suite d'octets de phonie et les remplace pâr un second octet prédéterminé (octet `55'), soit par l'octet les précédant dans la suite soit par l'octet `55', puis concatène successivement un préambule d'octets marqueurs "D5", la suite d'octets des données de service et de phonie modifiée, et un postambule d'octets de 30 synchronisation `D5' marquant la fin momentanée de données utiles ; - étape 105 : l'interface 23 émet vers l'autocommutateur 9 le train numérique ainsi constitué et l'autocommutateur 9 aiguille cette communication vers le centre radio 2 qu'il a déterminé à travers le réseau 3 via l'interface 11 ; 35 - étape 106 : le centre radio 2 reçoit la communication via les interfaces Il' et 34, l'interface 34 communiquant les suites d'octets au bloc 32, et notamment le préambule, ce qui le met dans un état de réception "contrôle" du centre de contrôle 1 ; étape 107 : le bloc 32 alerte le module de démarquage 35, lequel sépare les données de service des données de phonie et transmet en retour les données de service au bloc 32 ; - étape 108 : le bloc 32 traite les données de service et commande le 5 module 39 qui émet une commande d'alternat vers l'avion 4 via le terminal radio 8 ; - étape 109 : sur réception de l'appel avion d'accusé de réception transmis par le terminal radio 8 et le module 39, le bloc 32 provoque l'émission de la communication vocale en commandant la conversion io numérique ù analogique de la suite d'octets de phonie par le convertisseur 37, et en autorisant son émission vers le module radio 8 via le commutateur 39 ; - étape 110 : le terminal radio 8 émet la phonie vers l'avion 4 désigné et reconnu par le bloc 32 dans les données de service. is À l'appel avion, sur la figure 5-B, intervient une émission vocale de l'avion 4 vers centre 1 via le centre radio 2. Se succèdent alors les étapes suivantes : étape 200: le pilote commande l'appel avion ; 20 - étape 201 : le terminal radio 8 reçoit l'appel avion de l'avion 4 et le transmet au commutateur 39 qui met le centre radio 2 dans un état de réception "avion" de l'avion 4 ; - étape 202 : l'avion émet la phonie vers le terminal radio 8 et les signaux analogiques qui en résultent sont aiguillés par le 25 commutateur 39 vers le convertisseur analogique ù numérique 38 ; - étape 203 : le convertisseur 38 convertit les intensités sonores qui en résultent en suite d'octets ; - étape 204 : le module 36 supprime tous les octets identiques à l'octet synchroniseur, ou marqueur, `D5' dans la suite d'octets de phonie et 30 les remplace par un second octet prédéterminé (octet `55'), soit par l'octet les précédant dans la suite soit par l'octet `55', puis concatène successivement un préambule d'octets marqueurs `D5', la suite d'octets des données de service et de phonie modifiée, et un postambule d'octets marqueurs `D5' marquant la fin de la 35 communication ; - étape 205 : l'interface 34 émet la communication numérique ainsi constituée vers l'autocommutateur 9 à travers le réseau 3 via les interfaces de ligne 11' et 11, et l'autocommutateur 9 aiguille cette communication vers le POC 6 qu'il a déterminé ; - étape 206 : le bloc 12 alerte le module de démarquage 26, lequel sépare les données de service des données de phonie et transmet en retour les données de service au bloc 12 - étape 207 : le bloc 12 provoque la conversion numérique û analogique des données de phonie reçues par le convertisseur 28 ; - étape 208 : le bloc 12 traite les données de service qu'il fait exploiter par le module 24 et qu'il renvoie à l'autocommutateur 9 pour traitements ultérieurs (notamment pour évaluer la qualité de la communication) ; io - étape 209 : le module 24 affiche les données de service sur l'interface homme-machine 13 et simultanément - étape 210 : le haut parleur 15 diffuse la phonie reçue de l'avion 4. 15 20 25 30 35 REVENDICATIONS 1-Procédé de communication vocale numérique, la voix étant échantillonnée et numérisée sous forme d'une suite d'octets représentant des échantillons d'intensités sonores et les communications comportant des données vocales et des données de service numériques, caractérisé par le fait que, après la phase de numérisation (103, 203), un premier octet prédéterminé au moins étant interdit, on le remplace (104, 204) systématiquement par un second octet prédéterminé et on utilise le io premier octet prédéterminé comme synchroniseur octet des données transmises. 2-Procédé selon la revendication 1, dans lequel on synchronise les données avec ledit premier octet de synchronisation après déchiffrement. 3-Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel on remplace (104, 204) l'octet de synchronisation interdit dans les données vocales par l'octet précédent des données vocales. 20 4-Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel la communication étant du type à l'alternat, les commandes d'alternat sont transmises sous forme d'absence d'octet de synchronisation dans le flux numérique. 25 5-Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel, pour maintenir une communication dans son état, on répète la transmission de l'octet de synchronisation. 6-Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel, la 30 numérisation de la voix étant effectuée selon une loi A, le premier octet prédéterminé de synchronisation est représentatif de la valeur positive d'un échantillon d'intensité nulle et a pour expression hexadécimale `D5'. 35 7-Procédé selon la revendication 6, dans lequel le second octet particulier est choisi représentatif de la valeur négative de l'échantillon d'intensité nulle et a pour expression hexadécimale `55'. 15 8-Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, clans lequel le premier octet particulier est répété suffisamment en début de communication en fonction de la qualité de la transmission pour former un préfixe de calage précédant immédiatement les données de service. 9-Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel le premier octet particulier est répété à la fin des données de service pour indiquer la fin des données utiles. io 10-Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, dans lequel les données de service sont immédiatement exploitées par le récepteur pour qu'il se mette dans un état de fonctionnement convenable dès la disparition du marqueur de début des données de service. 15 11-Terminal (6) de communication vocale numérique, comportant un micro (14), un module (27) de numérisation phonie délivrant une suite d'octets d'intensité phonique représentative d'une communication vocale, un module (24) de commande d'alternat délivrant des données de service et au moins un module (23) émetteur d'interface réseau, 20 caractérisé par le fait qu'il comporte en plus un module de synchronisation (25) agencé pour remplacer dans ladite suite d'octets au moins un premier octet prédéterminé (`D5') par un second octet prédéterminé (`55') et pour utiliser le premier octet prédéterminé comme synchroniseur octet encadrant les données de service. 25 12-Terminal (7) de communication vocale numérique, comportant un module (34) récepteur d'interface réseau, un module (35) de conversion numérique-analogique d'une suite d'octets d'intensité phonique représentatives d'une communication vocale reçue sur le module 30 récepteur (34), un module (39) de commande d'alternat et des moyens de diffusion (8), caractérisé par le fait qu'il comporte en plus un module désynchroniseur (35) agencé pour reconnaître dans ladite suite d'octets un octet particulier prédéterminé (`D5') considéré comme synchroniseur et pour commander le module de commande d'alternat (39) et 35 transmettre des données encadrées par lesdits octets prédéterminés de synchronisation. 13-Système (99) de communication comportant au moins un de chacun des deux types de terminaux (6, 7) selon les revendications 11 et 12,5caractérisés par le fait qu'ils sont reliés par une liaison numérique et que les données transmises sont chiffrées (11, 11').5