Brevet FR3020528A1 — publié le 20151030

Procédé de transmission de données à débit de données variable via une voie de transmission optique L'invention concerne un procédé de transmission de données à débit de données variable via une voie de transmission optique entre un émetteur et un récepteur. Dans des scénarios de transmission de données optique en espace libre (FSO) mobile, la capacité de canal est sensible aux variations de l'atténuation atmosphérique ainsi que de la distance de transmission et à une décroissance rapide du signal, ce qui est causé par des instabilités de l'alignement et par des turbulences atmosphériques de l'indice de réfraction. Pour garantir une transmission stable malgré ces perturbations, une adaptabilité des paramètres de système est nécessaire, comme par exemple une puissance de transmission variable, un effort variable en vue de la correction d'erreurs sans voie de retour ou un débit de données variable. Dans ce dernier cas, l'idéal serait un système exigeant une puissance de réception constante indépendamment du débit de données. Il a par exemple été constaté que, dans le cas d'une liaison downlink optique dans un satellite Low-Earth Orbit (LEO), une transmission à portée adaptative s'effectuant avec un débit de données variable peut augmenter d'un facteur trois le débit si on compare avec le système optimal avec débit fixe. Des systèmes de transmission à débits multiples connus se concentrent habituellement sur des formats à modulation impulsions-pauses (PPM) avec cycle de travail variable, ou bien ils exigent une complexité élevée pour l'aménagement du matériel. Des aspects de système basal de modulation d'intensité/détection directe (IM/DD) avec débit de données variable et puissance de transmission variable ont déjà été étudiés. Côté émetteur, la variation du taux de modulation peut être réalisée de façon simple par l'utilisation de composants d'émetteur laser standards. Côté récepteur, cela exige cependant d'une façon générale que le filtre de réception du frontend de récepteur (RFE) optique puisse adapter sa bande passante aux différents débits de données : pour permettre un rapport signal/bruit (RSB) optimal, la transimpédance Rn dans l'amplificateur de transimpédance (TIA) de l'électronique de RFE doit être adaptée de façon à produire l'amplitude de signal la plus élevée tout en maintenant la bande passante qui est nécessaire momentanément (ce qui exige une augmentation de la Rn pour une bande passante plus faible). Ce dernier point n'est pas pratique dans le cas de systèmes intégrés à grande vitesse (plus de 1 Gbps). En outre, le filtre passe-bas de réception doit s'adapter à la bande passante du signal, ce qui est possible dans une mesure limitée en ce qui concerne la bande passante (par ex. par l'utilisation d'un dispositif) ; cependant, pour pouvoir travailler avec n'importe quel débit de données, ce filtre exigerait un accord continu et il faut supposer que cela n'est pas pratiquement faisable pour les débits de données recherchés. Une solution similaire consisterait à soumettre, pour une bande passante maximale, le signal à une exploration AD et à effectuer le filtrage du signal exploré dans un processeur correspondant. Au plan des coûts et de la consommation d'énergie d'un dispositif à GS multiple et de la puissance de traitement correspondante pour le filtrage numérique, cette amorce de solution se révélerait trop coûteuse. Les documents US 2012/0263471 Al, DE 11 2011 101 653 T5 (WO 2011/142174 Al), US 2005/0008070 Al et US 2003/0067662 Al divulguent divers procédés de transmission de données à débit variable dans le cas de récepteurs de données optiques. Il résulte ce qui précède que, dans la transmission de données optique, la procédure utilisée jusqu'à présent consiste en ce que l'émetteur émet à un débit de transmission constant de par exemple 400 MHz. On prend ainsi en compte le fait que le signal optique continue, même en présence de conditions de canal détériorées, à transmettre par unité de temps suffisamment d'énergie par unité d'information (0 logique ou 1 logique) de telle sorte que l'information est transmise avec un taux d'erreurs sur les bits encore tolérable. Il est nettement plus judicieux d'adapter le débit de transmission aux conditions de canal actuelles. Cela peut de faire par exemple à l'aide de l'énergie du signal reçu pour chaque unité d'information. Plus l'énergie de réception est faible, plus le taux d'erreurs sur les bits est élevé. Pour pouvoir détecter de façon fiable un bit (unité d'information), le signal optique doit transmettre un nombre minimal défini de photons par unité de temps. Quand l'énergie de réception diminue, on a besoin en conséquence de plus de temps pour transmettre une unité d'information. La grandeur de l'énergie de réception est ainsi une mesure du débit de transmission de sorte que les données peuvent être reçues avec un taux d'erreurs sur les bits encore tolérable. Dans le frontend d'un récepteur optique, le flux lumineux modulé reçu est converti par une photodiode en un courant photoélectrique modulé et converti en tension par le biais d'un amplificateur de transimpédance. Il faudrait maintenant procéder dans le frontend à un filtrage (filtrage passe-bas) commandé par la bande passante définie par le débit de transmission de données variable respectif, ce qui implique une complexité accrue du matériel. II est alors d'autant plus souhaitable de pouvoir organiser de façon variable le débit de transmission de données optique sans devoir modifier le matériel du frontend d'un récepteur. C'est là qu'intervient l'invention en proposant un procédé de transmission de 30 données avec un débit de données variable via une voie de transmission optique entre un émetteur et un récepteur. Dans ce procédé, - l'émetteur envoie à un récepteur un rayonnement électromagnétique modulé avec une fréquence de modulation affectée au débit de données choisi qui se situe entre une valeur limite inférieure correspondant au débit de données le plus petit possible et une valeur limite supérieure correspondant au débit de données le plus grand possible, - le récepteur est informé de la fréquence de modulation utilisée actuellement par l'émetteur, - le rayonnement électromagnétique modulé reçu est converti dans le récepteur en un signal électrique bruité, - le signal électrique est converti en un premier signal binaire qui adopte alternativement une première valeur de signal représentant un 0 binaire et une deuxième valeur de signal représentant un 1 binaire, - le premier signal binaire est chronologiquement divisé en intervalles consécutifs qui sont égaux à la durée de période de la fréquence de modulation actuellement utilisée, et - soit, - pour chaque intervalle, une première durée de temps accumulée pendant laquelle le signal binaire adopte la première valeur de signal est déterminée, et une deuxième durée de temps accumulée pendant laquelle le signal binaire adopte la deuxième valeur de signal est déterminée, - un 0 binaire est adopté en tant qu'unité d'information transmise à l'intérieur d'un intervalle quand la première durée de temps est plus longue que la deuxième durée de temps, et - un 1 binaire est adopté en tant qu'unité d'information transmise à l'intérieur d'un intervalle quand la première durée de temps est plus courte que la deuxième durée de temps, - soit, - pour chaque intervalle, une première valeur numérique qui est égale au nombre de transitions du signal binaire depuis la deuxième valeur de signal vers la première valeur de signal est déterminée, et une deuxième valeur numérique qui est égale au nombre de transitions du signal binaire depuis la première valeur de signal vers la deuxième valeur de signal est déterminée, - un 0 binaire est adopté en tant qu'unité d'information transmise à l'intérieur d'un intervalle quand la première valeur numérique est plus grande que la deuxième valeur numérique, et - un 1 binaire est adopté en tant qu'unité d'information transmise à l'intérieur d'un intervalle quand la première valeur numérique est plus petite que la deuxième valeur numérique. La première approche selon l'invention consiste logiquement à effectuer la détection des bits individuels d'un signal optique binaire à l'aide d'un signal électrique bruité qui est obtenu par conversion à partir du signal optique. L'émetteur commence tout d'abord par émettre le rayonnement électromagnétique modulé (signal optique) avec une fréquence de modulation affectée au débit de données respectivement choisi. Le débit de données évolue entre une valeur la plus petite possible et une valeur la plus grande possible. De façon correspondante, la fréquence de modulation varie entre une valeur limite inférieure correspondant au débit de données le plus petit possible et une valeur limite supérieure correspondant au débit de données le plus - grand possible. La fréquence de modulation (et donc le débit de données) utilisée actuellement par l'émetteur est connue du récepteur. Dans le récepteur, le rayonnement électromagnétique modulé est alors converti en un signal électrique bruité, ce qui est réalisé par exemple par le fait que le rayonnement électromagnétique modulé est reçu par une diode et est converti en un courant de diode pour être ensuite converti encore en une tension par un amplificateur de transimpédance. Ce signal électrique est fortement bruité, c'est la raison pour laquelle il est d'abord converti en un premier signal binaire. Ce premier signal binaire adopte alternativement soit une première valeur de signal soit une deuxième valeur de signal. La première valeur de signal représente un 0 binaire tandis que la deuxième valeur de signal représente un 1 binaire. Le premier signal binaire est en outre divisé chronologiquement en intervalles successifs qui sont égaux à la durée de période de la fréquence de modulation utilisée actuellement et qui sont donc adaptés au débit de données. Pour chaque intervalle du premier signal binaire, on recherche maintenant pendant combien de temps le premier signal binaire adopte la première valeur de signal ou respectivement combien de fois le premier signal binaire passe de la deuxième valeur de signal à la première valeur de signal. De cette façon, on détermine donc soit la durée de temps (première durée de temps) pendant laquelle le premier signal binaire adopte pour chaque intervalle une valeur représentant un « 0 binaire », soit respectivement combien de fois le premier signal binaire adopte cette valeur (première valeur numérique). On procède exactement de la même façon avec le premier signal binaire pour chaque intervalle afin de déterminer combien de temps le premier signal binaire adopte la deuxième valeur de signal (deuxième durée de temps) représentant le « 1 binaire » ou respectivement combien de fois il passe de la première valeur de signal à cette deuxième valeur de signal (deuxième valeur numérique). Si la première durée de temps est plus longue que la deuxième durée de temps ou si la première valeur numérique est plus grande que la deuxième valeur numérique, l'unité d'information transmise à l'intérieur de l'intervalle est adoptée en tant que 0 binaire. Inversement, l'unité d'information transmise à l'intérieur d'un intervalle est adoptée en tant que 1 binaire si la première durée de temps est plus courte que la deuxième durée de temps ou respectivement si la première valeur numérique est plus petite que la deuxième valeur numérique. Le traitement du signal bruité selon la méthode décrite plus haut permet donc selon l'invention de laisser inchangé le matériel du frontend d'un récepteur optique pour la transmission de données. En particulier une commande de la bande passante d'un filtre passe-bas analogique variable superflue, ce qui ne serait pas le cas pour le traitement de signaux de données optiques avec débit de transmission de données variable dans le cas de récepteurs optiques. Dans un développement avantageux de l'invention, il est possible de prévoir que le premier signal binaire soit converti en un deuxième signal binaire qui, pour un intervalle du premier signal binaire pour lequel la durée de temps est plus longue que la deuxième durée de temps ou pour lequel la première valeur numérique est plus grande que la deuxième valeur numérique, adopte une valeur de signal représentant un 0 binaire et qui, pour un intervalle du premier signal binaire pour lequel la première durée de temps est plus courte que la deuxième durée de temps ou pour lequel la première valeur numérique est plus petite que la deuxième valeur numérique, adopte une valeur de signal représentant un 1 binaire. Pour chaque intervalle, le deuxième signal binaire présente donc respectivement une valeur stationnaire qui correspond à la valeur de signal pour un 0 binaire ou respectivement pour un 1 binaire. La valeur de signal pour le 0 binaire peut en l'occurrence être égale à la première valeur de signal mentionnée plus haut. De la même façon, la valeur de signal du deuxième signal binaire pour le 1 binaire peut être égale à la deuxième valeur de signal mentionnée plus haut. Mais dans les deux cas, les valeurs de signal mises en comparaison ici peuvent également être différentes. Comme cela est habituel avec des dispositifs de transmissions de signaux de données optiques et autres, il est possible, également dans le cas de l'invention, d'utiliser avantageusement un procédé de détection d'erreurs de transmission destiné à détecter des erreurs de transmission. Outre diverses erreurs de transmission, ce procédé de détection d'erreurs de transmission peut également détecter une erreur de transmission si la première durée de temps est égale à la deuxième durée de temps ou respectivement si la première valeur numérique est égale à la deuxième valeur numérique. Dans une autre forme d'exécution appropriée de l'invention, une correction d'erreurs peut également être effectuée en plus de la détection d'erreurs de transmission si cela est souhaité. Selon l'invention, il est possible que le récepteur soit informé d'une façon différente de la fréquence de modulation actuellement utilisée du rayonnement électromagnétique émis par l'émetteur. Il est par exemple possible que l'émetteur indique au récepteur la fréquence de modulation présentée par le rayonnement électromagnétique émis. En variante, il est également concevable que, à l'aide de l'intensité du signal reçu, le récepteur invite l'émetteur à choisir une fréquence de modulation affectée à l'intensité du signal reçu, et cela en particulier de telle sorte que l'énergie de signal reçue en tant qu'unité d'information pour chaque 0 binaire ou pour chaque 1 binaire atteigne ou dépasse une valeur minimale. Lors de la variation du débit de données, cela peut, selon des formes d'exécution avantageuses de l'invention, s'effectuer de telle manière que l'ordre chronologique suivant lequel l'émetteur modifie la fréquence de modulation et/ou la façon dont l'émetteur modifie la fréquence de modulation et/ou les intervalles successifs respectifs pour lesquels l'émetteur émet avec la fréquence de modulation respective sont définis au préalable et sont connus aussi bien de l'émetteur que du récepteur. Comme cela a été mentionné plus haut, en cas d'égalité de la première durée de temps avec la deuxième durée de temps ou bien en cas d'égalité de la première valeur numérique avec la deuxième valeur numérique, il est possible de détecter la présence d'une erreur. Mais il est également possible d'adopter des mesures définies ou respectivement de procéder à des adoptions en prévision de cette impasse. Il est par exemple possible, en cas d'égalité de la première durée de temps avec la deuxième durée de temps ou en cas d'égalité de la première valeur numérique avec la deuxième valeur numérique, d'adopter constamment un 1 binaire - ou en variante un 1 binaire - en tant qu'unité d'information transmise à l'intérieur de l'intervalle ou bien d'adopter de façon aléatoire un 0 binaire - ou en variante un 1 binaire - en tant qu'unité d'information transmise à l'intérieur de l'intervalle. L'invention va être décrite ci-dessous de façon plus détaillée en se référant au dessin et à l'aide d'un exemple de réalisation.30 Les fig. 1 et 2 montrent des schémas fonctionnels de variantes d'agencements de circuit connus pour le frontend d'un récepteur optique destiné à la transmission de données optique ; la fig. 3 montre un schéma fonctionnel pour un circuit dans le frontend d'un exemple de réalisation de l'invention, et les les fig. 4 à 7 montrent différents tracés de signal afin d'expliquer le traitement du signal selon l'invention. Les figures 1 et 2 sont deux exemples de schémas fonctionnels de frontend connus de récepteurs optiques. Un émetteur 10 envoie le signal optique Popt qui est converti en un courant dans un récepteur 12 par le biais d'une diode 14 15 et qui est converti en un signal de tension dans un récepteur de transimpédance 16 (voir figure 1). Ensuite, ce signal est filtré à l'aide d'un filtre analogique 18 variable dont la bande passante est commandée par 20. Le signal fait l'objet d'un traitement complémentaire par le biais d'un limiteur 22. Le filtre analogique 18 variable dont la bande passante est commandée permet 20 de traiter des signaux optiques de différents débits de données. La figure 2 montre une approche similaire dans laquelle, comme sur la figure 1, il faut intervenir dans le matériel du frontend d'un récepteur optique 12' pour que ce récepteur soit conçu pour des débits de données variables. Ici, 25 après la conversion de signal dans le récepteur de transimpédance 16', une conversion AN 18' est effectuée, suivie d'une fonction de filtre numérique 20' variable dont la bande passante est à son tour commandée par 22'. La figure 3 montre l'approche de traitement, selon l'invention, de signaux 30 optiques Popt reçus par un récepteur optique 30 avec des fréquences de modulation variables (débit de données variable) sans intervenir dans le matériel du frontend du récepteur optique 30. Ici aussi, le signal optique Popt en provenance de l'émetteur 32 est d'abord converti en un signal de courant via une diode 34 et ce signal est converti en un signal de tension par un amplificateur de transimpédance 36. On est alors en présence d'un signal de tension bruité dont la montée est limitée par un limiteur 38. Le signal à la sortie du limiteur 38 est conduit à un discriminateur majoritaire 40 dont le débit de données est commandé par le biais de 42. Cette commande du débit de données 42 du discriminateur majoritaire 40 s'effectue en fonction du débit de données par le fait que le discriminateur majoritaire 40 examine, pour des intervalles adaptés au débit de données du signal bruité en provenance du limiteur 38, combien de fois ce signal bruité est, pour chaque intervalle, 0 logique ou 1 logique. En variante, il est également possible de déterminer pendant quelle durée de temps accumulée le signal bruité est, pour chaque intervalle, 0 logique ou respectivement 1 logique. Si, dans un intervalle, le signal est plus souvent 0 logique que 1 logique, on suppose que l'unité d'information transmise dans cet intervalle est 0 binaire. Inversement, on parle d'un 1 binaire en tant qu'unité d'information d'un intervalle quand le signal bruité dans l'intervalle en question est plus souvent 1 logique que 0 logique. La situation doit de nouveau être expliquée à l'aide des figures 4 à 7. La figure 4 montre le signal optique P0pt modulé. On distingue les bits 1 et 0. Après le franchissement de l'amplificateur de transimpédance 36 du schéma fonctionnel selon la figure 3, le signal 44 (de tension) bruité correspondant au signal optique selon la figure 4 adopte le tracé selon la figure 5. Sous l'action du limiteur 38, le signal 44 adopte ensuite la forme selon la figure 6 et donc la forme d'un premier signal binaire 46 (bruité) qui présente soit une première valeur de signal 48 soit une deuxième valeur de signal 50. Maintenant, le premier signal binaire 46 selon la figure 6 est, pour chaque intervalle 52 dont la longueur est fonction du débit de données (débit de données élevé = intervalle court, pas de débit de données = grand intervalle), examiné pour déterminer combien de fois ce signal adopte la valeur 1 logique (1 binaire - valeur de signal 50) ou 0 logique (0 binaire - valeur de signal 48). Ensuite, une décision est prise pour chaque intervalle en vue de déterminer si le signal binaire bruité selon la figure 6 est plus souvent 0 binaire ou plus souvent 1 binaire. S'il est plus souvent 0 binaire que 1 binaire, l'unité d'information 0 binaire a été transmise dans l'intervalle concerné. Si le signal binaire bruité selon la figure 6 est plus souvent 1 binaire que 0 binaire dans un intervalle, on adopte pour cet intervalle la transmission de l'unité d'information 1 binaire. Le deuxième signal binaire 54 qui en résulte est montré sur la figure 7 à l'aide de laquelle on peut constater que de cette façon le signal optique Popt reçu initialement est rétabli selon la figure 4 (valeur de signal 56 en tant que 0 binaire et valeur de signal 58 en tant que 1 binaire). 'o 15 REVENDICATIONS1. Procédé de transmission de données avec débit de données variable via une voie de transmission optique entre un émetteur et un récepteur ; dans le procédé, - l'émetteur (32) envoie à un récepteur (30) un rayonnement électromagnétique modulé, avec une fréquence de modulation affectée au débit de données choisi qui se situe entre une valeur limite inférieure correspondant au débit de données le plus petit possible et une valeur limite supérieure correspondant au débit de données le plus grand possible, - le récepteur (30) est informé de la fréquence de modulation actuellement utilisée par l'émetteur (32), - le rayonnement électromagnétique modulé reçu est converti dans le récepteur (30) en un signal (44) électrique bruité, le signal (44) électrique est converti en un premier signal binaire (46) qui adopte alternativement une première valeur de signal (48) représentant un 0 binaire et une deuxième valeur de signal (50) représentant un 1 binaire, le premier signal binaire (46) est chronologiquement divisé en intervalles (52) consécutifs qui sont égaux à la durée de période de la fréquence de modulation actuellement utilisée, et - soit, pour chaque intervalle (52), une première durée de temps accumulée pendant laquelle le premier signal binaire (46) adopte la première valeur de signal (48) est déterminée, et une deuxième durée de temps accumulée pendant laquelle le premier signal binaire (46) adopte la deuxième valeur de signal (50) est déterminée, - un 0 binaire est adopté en tant qu'unité d'information transmise à l'intérieur d'un intervalle (52) quand la première durée de temps est plus longue que la deuxième durée de temps, etun 1 binaire est adopté en tant qu'unité d'information transmise à l'intérieur d'un intervalle (52) quand la première durée de temps est plus courte que la deuxième durée de temps, soit, - pour chaque intervalle (52), une première valeur numérique qui est égale au nombre de transitions du premier signal binaire (46) depuis la deuxième valeur de signal (50) vers la première valeur de signal (48) est déterminée, et une deuxième valeur numérique qui est égale au nombre de transitions du premier signal binaire (46) depuis la première valeur de signal (48) vers la deuxième valeur de signal (50) est déterminée, - un 0 binaire est adopté en tant qu'unité d'information transmise à l'intérieur d'un intervalle (52) quand la première valeur numérique est plus grande que la deuxième valeur numérique, et un 1 binaire est adopté en tant qu'unité d'information transmise à l'intérieur d'un intervalle (52) quand la première valeur numérique est plus petite que la deuxième valeur numérique. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier signal binaire (46) est converti en un deuxième signal binaire (54) qui, pour un intervalle du premier signal binaire (46) pour lequel la première durée de temps est plus longue que la deuxième durée de temps ou pour lequel la première valeur numérique est plus grande que la deuxième valeur numérique, adopte une valeur de signal (56) représentant un 0 binaire et qui, pour un intervalle du premier signal binaire (46) pour lequel la première durée de temps est plus courte que la deuxième durée de temps ou pour lequel la première valeur numérique est plus petite que la deuxième valeur numérique, adopte une valeur de signal (58) représentant un 1 binaire. 3. Procédé selon une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'un procédé de détection d'erreurs de transmission est utilisé pour la détection d'erreurs de transmission. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que, en cas d'égalité de la première durée de temps avec la deuxième durée de temps ou en cas d'égalité de la première valeur numérique avec la deuxième valeur numérique, une erreur de transmission est détectée. 5. Procédé selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce qu'un procédé de correction d'erreurs est utilisé pour la correction d'erreurs de transmission. 6. Procédé selon une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'émetteur (32) indique au récepteur (30) la fréquence de modulation présentée par le rayonnement électromagnétique émis. 7. Procédé selon une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que, à l'aide de l'intensité du signal reçu, le récepteur (30) invite l'émetteur (32) à choisir une fréquence de modulation affectée à l'intensité du signal reçu, et cela en particulier de telle façon que l'énergie de signal reçue en tant qu'unité d'information pour chaque 0 binaire ou pour chaque 1 binaire atteigne ou dépasse une valeur minimale. 8. Procédé selon une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'ordre chronologique suivant lequel l'émetteur (32) modifie la fréquence de modulation et/ou la façon dont l'émetteur (32) modifie la fréquence de modulation et/ou les intervalles successifs respectifs pour lesquels l'émetteur (32) émet avec la fréquence de modulation respective sont définis au préalable et sont connus aussi bien de l'émetteur (32) que du récepteur (30). 9. Procédé selon une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que, en cas d'égalité de la première durée de temps avec la deuxième durée de temps ou en cas d'égalité de la première valeur numérique avec la deuxième valeur numérique, un 0 binaire - ou en variante un 1 binaire - est adopté constamment en tant qu'unité d'information transmise à l'intérieur d'un intervalle ou bien, de façon aléatoire, un 0 binaire - ou en variante un 1 binaire - est adopté en tant qu'unité d'information transmise à l'intérieur d'un intervalle.