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Transmission de paquets codés sans .identification du code
employé
La présente invention concerne une méthode de
transmission de paquets numériques ayant fait l'objet d'un
codage de transmission, mëthode selon laquelle la nature du
codage employé n'est pas transmise.
Le domaine de l'invention est donc celui des
transmissions numériques au moyen de paquets susceptibles
d'avoir subis des codages différents appartenant cependant
tous à un ensemble de codages dispc5nibles. Ainsi, lorsqu'un
émetteur emploie un codage de tram>mission pour produire un
paquet à partir d'un message, il importe que le récepteur
auquel est destiné ce paquet sache identifier ce codage de
transmission pour sélectionner :Les moyens de dëcodage
appropriës qui permettront de recouvrer le message. Bien
que d'application très large, ce domaine sera présenté en
référence aux systèmes numériques cellulaires de
radiocommunications de type GSM. c;es systëmes ont en effet
l'avantage d'être largement ré~randus et l'appui d'un
exemple concret permettra de clarifier l'exposé de
l'invention
Selon la pratique courante dans la télëphonie
numérique, un signal de parole analogique est numérisë en
échantillons de 13 bits au rythme de 8 kHz, soit un dëbit
de 104 kilobits par seconde. Le GSM prévoit actuellement
trois types de codage source pour réduire le débit de ce
signal numérique. Le codage plein débit, le codage plein
débit amélioré et le codage dE:mi-débit, produisant un
signal respectivement à 13, 12,2 et 5,6 kilobits par
seconde à partir du signal précëdent.
Suite au codage source qui a pour objet de compresser
la parole, le signal subit un codage de canal pour le
protéger des aléas de la transmission radioélectrique.
En considérant l'association du codage source et du
codage canal comme un codage unique, le codage de
transmission, le signal résultant présente un débit de 22,8
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kilobits par seconda dans le cas du plein débit et de 11, 4
dans le cas du demi-débit.
I1 s'agit lâ de l'êtat de l'art mais il est déjà
prévu que les systèmes futurs utiliseront de nombreux
codages de transmission, ces codages pouvant être modifiés
en cours de communication selon la qualité de la liaison
radio. Les messages ayant une longueur fixe, on prêvoit
gênéralement, pour minimiser la complexité technique, que
les différents codages produisent des paquets de méme
longueur. Ainsi, la somme des débita du codage source et du
codage canal est constante. Lorsque le canal de
transmission est de bonne qualité on peut adopter un codage
canal de débit relativement faible pour privilêgier le
codage source, tandis que dans lcs cas contraire, il est
préférable d'wtiliser un codage canal plus robuste au
détriment du codage source. Naturellement, les conditions
de propagation peuvent évoluer en cours de communication,
si bien qu'elles peuvent nêces:>iter un changement de
codage.
II convient donc d'indiquer au récepteur la nature du
codage qui a été employé pour un paquet donné.
La solution immédiate consiste à réserver, au sein du
paquet, des positions ou bits de mode pour assurer cette
fonction. Dans ce cas, Ie récepteur commence par détecter
ces bits de mode pour dêterminer Ies moyens de décodage
adaptés au codage de transmission gui a été appüquê par
l'émetteur.
I1 va sans dire que ces b_'~ts de mode doivent eux
aussi subir un codage particulier, codage de mode, destiné
à assurer leur protection lors de la transmission. Le
codage de mode, contrairement aux codages de transmission,
doit être unique de sorte que le récepteur puisse
identifier sans ambiguïté le codage de transmission
utilisé. Les bits de mode doivent donc être codês
indêpendamment du contenu utile du message qui lui, est
soumis au codage de transmission. Ce codage de mode est
bien sûr prévu pour les conditions de transmission les plus
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sévêres et il est courant d'utilis;er dans ce cas un code
convolutif.
En matière de rappel, un tel code produit pour un bit
donné, un nombre N de polynômes de degré R. Classiquement,
on note 1/N le taux et K la longueur de contrainte du code.
En indexant un bit par sa positron dans le message, un
polynôme P associé au bit bi, est défini par les
coefficients aj, et se présente sous la forme de la somme
suivante modulo 2 .
l0 P = aobi + albi_1 + a2bi_2 + ... + ak_lbi_g+1 f21
I1 est couramment admis que pour obtenir un dêcodage
satisfaisant, la longueur minimale du mot codé doit être
égale à cinq fois le produit de la longueur de contrainte
par l'inverse du taux de codage. I1 s'ensuit que pour un
taux 1/3 et pour une longueur de contrainte égale â 5,
valeurs typiques appropriées, la taille minimale du mode
codé est de 75 bits. On s'aperçoü~ que si l'on prévoit 4
codes de transmission, information qui se traduit par deux
bits pour le mode, il faut utiliseo~ 75 bits du paquet pour
transmettre cette information dans les meilleures
conditions.
Si l'vn définit l'efficacité de transmission comme le
rapport du nombre de bits supportant l'information à
transmettre au nombre de bits transmis, il apparaît que
cette efficacité est loin d'être opvtimale.
Ainsi, le brevet US 5 230 003 enseigne un systême de
décodage étudië pour distinguer dE;s signaux encodés selon
différents codages disponibles, l~e codage employé n'êtant
pas transmis. Dans ce systême, i7_ faut un décodeur pour
chaque codage disponible. Le nombre de décodeurs peut
devenir important lorsque de nombreux codages sont
utilisés.
La présente invention a ainsi pour objet une méthode
de transmission de paquets codés qui ne pénalise pas
l'efficacité de transmission tout en limitant la complexité
du système.
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Selon l'invention, un équipement de réception est
prévu pour recevoir un paquet numÉ:rique ayant fait l'objet
d'un codage de transmission sélectionné parmi une pluralité
de codages disponibles, e~t il comporte des moyens de
décodage pour décoder ce paquet selon le codage de
transmission ; le codage de transmission appartenant à un
ensemble réduit de codages po~;sibles, cet êquipement
comprend pour chacun des codage: possibles un décodeur
recevant une partie du paquet pour produire la fiabilité du
IO décodage associé, et il comprend de plus des moyens pour
identifier les moyens de décodage comme ceux qui
correspondent au décodeur ayant produit la meilleure
fiabilité.
L'invention vise également un ëquipement d'émission
prévu pour transmettre une suite dE~ messages codés au moyen
de paquets, lé dernier message de cette suite étant soumis
â un codage identifié dans un ensemble de codages
disponibles et différent du codage appliqué au premier
message de la suite, ces paquets comportant d' une part une
24 section utile pour recevoir des données et d'autre part
des bits de garde, cet équipement comprenant des moyens
pour agencer chacun des messages codés dans la totalité de
la section utile du paquet correspondant ; de plus, le
codage appliqué au dernier messâge appartient à un ensemble
réduit de codages possibles.
De préférence, le premier paquet d'une transmission
est affecté d'un codage disponible prédêterminé.
De plus, les codages possibles sont le codage
disponible qui suit, celui qui e:~t identique à, et celui
qui prêcède le codage du paquet pr~:cédent.
Avantageusement, les codages possibles sont des
codages convolutifs chacun affecté d'un schéma de codage
distinct.
I1 est alors souhaitable que les schémas de codage se
distinguent par le taux de codage.
En outre, lorsque l'équipement est destiné à la
réception, si les codages possibles sont au nombre de
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trois, l'identification des moyens de décodage peut se
réaliser au moyen de deux taux de codage.
L'invention apparaîtra maintenant avec plus de
détails dans le cadre de la description qui suit de modes
de rêalisation donnës à titre d'exemple en rëférence aux
figures annexées qui représentent .
- la figure 1, le schéma d'un rêcepteur permettant la mise
en oeuvre de l'invention, et
- la figure 2, le schéma d'un émetteur permettant la mise
en oeuvre de l'invention.
Selon l'invention, le mode qui indique le codage de
transmission auquel a été soumis un paquet n'est pas
transmis par l'êmetteur.
Dans l'exemple de réalisation qui suit, quatre
codages de transmission sont disponibles qui sont chacun
repêrês par un mode 1, 2, 3 et 4: Chaque codage de
transmission prësente un débit glolbal de 22, 8 küobits par
seconde (kbps) et associe un codage source et un codage
canal ; on donne l'exemple numérique suivant .
- mode 1 . source = 12,2 kbps - canal = 10,6 kbps
- mode 2 . source = 9,2 kbps - caml = 13,6 kbps
- mode 3 . source = 7,8 kbps - canal = 15,0 kbps
- mode 4 . source = 6,5 kbps - canal = 16,3 kbps
La sélection du mode se fait: en fonction du rapport
signal à bruit estimé de la liaison entre l'émetteur et le
récepteur. Ce rapport résulte dor.~c de mesures faites au
niveau du récepteur et qui sont rëpercutées à l'émetteur de
sorte que celui-ci sélectionne le codage de transmission
approprié. Les mesures de rapport signal à bruit font
partie de l'état de l'art si bien. qu'elles ne seront pas
plus détaillêes.
En reprenant les données précédentes, l'émetteur
sélectionne l'un des modes en fonction du rapport signal à
bruit C/I estimé comme suit .
- mode 1 . C/I > 13 dB
- mode 2 . 10 dB < C/I < 13 dB
- mode 3 . 7 dB < C/z < lo dB
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- mode 4 . C/T < 7 dB
Par ailleurs, suite au codage source appliquë sur un
mot source donné, les codages canal convolutifs des
diffêrents modes produisent des paquets qui ont les
caractéristiques suivantes .
- mode 1 . 318 bits en taux 1/2 suivis de 138 bits en taux 2/3
- mode 2 . 222 bits en taux 1/3 suivis de 234 bits en taux 1/2
- mode 3 : 384 bits en taux 1/3 suivis de 72 bits en taux 1/2
- mode 4 . 324 bits en taux 1/3 suivis de 132 bits en taux 1/4
Le récepteur est prévu pour dëcoder selon l'un
quelconque des modes au moyen de l'algorithme de Viterbi.
Cet algorithme produit, pour un mot analysé, un mot décodê
ainsi qu'une métrique. Cette métrique indique la distance
entre le mot analysé et un mot de référence qui, soumis à
cet algorithme, produït le même mot décodé. Cette métrique
est donc une mesure de la fiabilité du dëcodage.
L'algorithme de détection au maximum de vraisemblance
procêde selon un schéma de codage entiêrément spécifié, à
savoir notamment le taux du code, les polynômes employés et
la position dans le paquet des différents bits codés. I1
calcule pour différentes suites de bits possibles les
métriques qu'elles présentent par rapport au mot analysé
pour retenir finalement la suite de bits affectée de la
métrique la plus êlevée.
Ainsi, lorsque cet algorithme opëre selon un schéma
de codage qui ne correspond pas au codage employé pour le
mot analysé, les différentes suites de bits présenteront
des métriques sensiblement voisines. si par contre le
schéma de codage retenu est adapté au mot analysé, une
suite de bits particulière prêsentE~ra une métrique beaucoup
plus élevée que les autres, et il s'agit donc de la suite
solution.
on précisera que l'écart eni:re la métrique minimale
et la mêtrique maximale sera d'auiïant plus faible que les
paramètres de codage et ceux du décodage seront fortement
décorrélés.
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I1 convient donc de sélectionner les codages canal
des différents modes de manière qu'il prêsente une
corrélation la plus faible possible. A cet égard, plusieurs
dispositions peuvent être retenues..
En premier lieu, on peut prévoir une inversion
complète des bits d'un paquet, par exemple dans les modes 2
et 3.
En second lieu, i1 est préférable de retenir des
polynômes distincts pour chacun des modes et de les
ordonner différemment.
En troisiëme lieu, iï est recommandable d'adopter des
taux de codage diffêrents, dans la mesure du possible.
Le récepteur va donc mettre a profit les disparités
des différents codages canal pour détecter le codage de
transmission employé dans un paquet reçu. A cet effet, il
va tenter de dëcoder ce paquet selon chacun des codages
canal pour retenir celui qui présente la plus forte
métrique en sortie.
On remarquera d'abord qu'il n'est pas nécessaire de
2D décoder la totalité du paquet selon les quatre codes
possibles pour obtenir une détection satisfaisante. I1
suffit en effet de procéder sur une: partie significative du
paquet, la première partie par exemple.
On remarquera ensuite que l'on peut limiter le nombre
des codes possibles dans un paquet, par rapport aux quatre
codes disponibles. A titre d'exemple, un paquet reçu ne
peut être affecté que du mode qui ;précède, du même mode ou
du mode qui suit celui du paquet précédent . un paquet de
mode 4 pourra être suivi d' un paquEa de mode 3 ou 4 , et un
34 paquet de mode 2 pourra être suivi d'un paquet de mode 1, 2
ou 3. On prévoit de plus que le premier paquet reçu est
obligatoirement de mode 4 afin qu'il n'y ait pas
d'ambiguïtê au début de 1a transmission.
En rêférence à la figure 1, le récepteur sera
prêsentê maintenant de manière plus précise. Ce récepteur
comprend un circuit de troncature TRONC qui reçoit un
paquet B pour en conserver une paz-tie S, les 138 premiers
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bits dans le cas présent. Le récepteur conserve en mémoire
le mode de codage Pr du paquet précédent.
I1 comprend un premier décocieur DEC1 qui décode la
partie S du paquet selon le mode (Pr-1) pour produire la
métrique correspondante Met(Pr-1).
I1 comprend un deuxiême décodeur DEC2 qui décode la
partie S du paquet selon le mode Pr pour produire la
métrique correspondante Met(Pr).
I1 comprend de plus un troisième décodeur DEC3 qui
décode cette partie S selon le mode' (Pr+1) pour produire la
métrique associëe Met(Pr+1).
On notera ici que lorsque Pr vaut 1 le premier
décodeur DEC1 est inutile et on peut dans ce cas forcer
Met(Pr-1) à zéro. De même, si ~?r vaut 4 le troisième
décodeur DEC3 ne présente pas d'intérët et sa métrique de
sortie Met(Pr+1) est également rendue nulle.
D'autre part, l'homme du métier remarquera que les
trois décodeurs présentés ici comme des entitês distinctes
pourraient très bien être rêali~;és au moyen d'un seul
processeur prévu poux le traitement de l'algorithme de
Viterbi, ce processeur étant paramétré selon le mode {Pr-
1), Pr ou (Pr+1) pour assurer les fonctions respectives du
premier DEC1, second DEC2 ou troisïème DEC3 décodeur.
Le récepteur comprend de plus un circuit de
comparaison COMP qui recherche le mode gagnant m ayant
produit la plus forte métrique .
Met(m) - Max[Met(Pr-1), Met(Pr), Met(Pr+1)]
A titre de précaution, il peut s'avérer judicieux
dans la recherche du mode gagnant rn de s'assurer que celui
ci a produit une métrique nettement plus forte, deux fois
par exemple, que la métrique la plus faible. Si tel n'est
pas le cas, il est raisonnable de déclarer que le mode
gagnant m vaut le mode précédent P~.. En tout état de cause,
s'il n'est pas possible de dêpart:ager aisément les trois
décodeurs, il est fort probable quES le paquet concerné soit
inexploitable.
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Ce récepteur comprend naturellement des moyens de
décodage MD qui reçoivent la tot~alitë du paquet B pour
produire un mot dêcodê par application de l'algorithme de
Viterbi paramétrê selon le mode gagnant m.
Là encore ces moyens de décodage ne sont pas
nécessairement réalisés avec un circuit indépendant.
Avantageusement, on pourra réutiliser le processeur
éventuellement destiné à remplacer :les trois décodeurs.
De plus, ces moyens de décodage pourront se limiter à
décoder la partie du paquet qui ne 1' a pas déjâ ëté par le
décodeur ayant produit la plus forte métrique.
Le principe général du récepteur étant révélê, on
décrira maintenant des aménagements â ce principe qui
prennent en compte la spëcificité des codes mentionnês plus
35 haut.
on s'aperçoit aisément que les trois décodeurs
peuvent être remplacés par deux modules effectuant un
décodage de Viterbi sur 72 bits, 7_e premier selon un taux
1/3 produisant une métrique M3 et le second selon un taux
~20 1/2 produisant une métrique M2.
De même, le circuit de comparaison COMP peut être
simplifié pour établir maints:nant une valeur de
différentiation F signifiant laquelle des deux métriques
M2, M3 l'emporte. Par exemple, en notant p un coefficient
25 de pondération prëdéterminé, cette valeur de
différenciation F prend les valeurs suivantes .
si M3 - p . M2 ? 0 , a:lors F = 3
- si M3 - p.M2 < 0, a:Lors F = 2
Ainsi, lorsque 1e mode précédent Pr vaut 4, il suffit
3o d'analyser les 72 premiers bits du paquet avec les deux
modules. Si la valeur de différentiation F vaut 3 le mode
gagnant m est le mode 4 tandis que si cette valeur est
égale à 2, Ie mode gagnant est le mode 3.
Lorsque le mode prêcédent F?r vaut 3, on charge à
35 nouveau les deux modules avec les 72 premiers bits du
paquet. Si la valeur de différentiation F vaut 3, le mode
gagnant m est le seul possible qui présente le taux 1/3,
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lo
c'est-â-dire le mode 4. Si par contre la valeur de
différentiation est êgale à 2, on charge maintenant les
deux modules avec les 72 bits suivants du paquet. Si ia
nouvelle valeur de différentiation F vaut 3, le mode
gagnant m est le mode 3 tandis que: dans le cas contraire,
c'est le mode 2 qui est gagnant.
Lorsque le mode précédent F~r vaut 2, on prend en
compte les 72 bits qui suivent le 138ème bit de paquet. Si
la valeur de différentiation F vaut 3, le mode gagnant m
est le seul possible qui prêsente un taux 1/3, c'est-à-dire
le mode 3. Si par contre la valeur de différentiation est
égale à 2, on charge maintenant lEa deux modules avec les
72 bits qui suivent le 234ème bit d.u paquet. Si da nouvelle
valeur de différentiation vaut 3, :Le mode gagnant m est le
mode 2 et dans le cas contraire, c'est le mode 1 qui est
gagnant.
Pour terminer, lorsque le mode précédent Pr vaut 1,
les deux .modules sont chargés avec les 72 bits qui suivent
le 234ëme bit de paquet. Si la valeur de différentiation F
2o vaut 3, le mode gagnant est le mode 2 tandis que dans le
cas contraire, c'est le mode 1 qui est gagnant.
I1 apparait ainsi que l'invention peut être mise en
oeuvre de bien des manières différentes qu'îI n'est pas
possible de répertorier exhaustivement. Le point important
est de rechercher sur une ou plus>ieurs parties du paquet
celui des modes qui donne la meilleure fiabilité au
décodage, ceci par exemple au moyen de la métrique
correspondante.
Les différents modes se dist:i.nguent ici par les taux
de codage qui diffèrent selon la position du bit dans le
paquet. On peut également envisager de différencier les
modes par les polynômes de codage qui leur sont attribués.
On peut aussi j ouer sur la position des bits codés dans le
paquet. En résumé, il convient que les différents modes
présentent un schéma de codage distinct, qu'il s'agisse du
taux de codage, de la nature des polynômes ou bien de la
position des bits codés.
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En outre, l'invention s'app:lique quel que soit le
type des codages utilisés et ne :>e limite pas aux codes
convolutifs. I1 importe seulement de pouvoir distinguer â
la réception, avec une bonne fiabilité, la nature du codage
d'un paquet reçu en recherchant celui des codes possibles
dont il est le plus probablement dérivé.
L'invention concerne par ailleurs un émetteur prévu
pour émettre des paquets à destination du rêcepteur.
Cet émetteur a l'avantage d'être simplifié puisqu'il
l0 ne transmet pas la nature du codage; de transmission utilisé
pour le paquet.
I1 convient ici de rappeler qu'un paquet résulte du
codage de la succession d'une aection de tête, d'une
section utile, et d'une section. de queue. En effet,
l'utilisation d'un code convol.utif de longueur de
contrainte K impose l'utilisation de (K-1) bits de garde
dans 1a section de tête et du même nombre de bits garde
dans la section de queue. Les bits de garde encadrent donc
la section utile.
Cette section utile correspond à la partie
exploitable, étant entendu que les bits de garde ne peuvent
servir à transmettre de l'information. Les bits de garde
qui sont prédéterminês sont utilisés uniquement lors du
dëcodage.
Selon l'invention, la totalLté de la section utile
peut être employée pour transmettre les données qui font
l'objet de la transmission entre l'ëmetteur et le
rêcepteur. La nature du codage de; transmission ne figure
pas dans la section utile, même lorsque 1e codage a changé
par rapport au paquet précédent.
En réfërence â la figure 2, l'émetteur comprend donc
un circuit de commande CC qui reçoit la nature N du codage
à appliquer sur le message W qu' il. convient d' acheminer au
moyen du prochain paquet. I1 comprend également un organe
de codage COD qui reçoit ce message W pour le coder en
fonction des paramètres de codage I?a fournis par le circuit
de commande CC. En l'occurrence, le circuit de commande
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produit le schéma de codage en fonction du codage canal
requis.
L'émetteur comprend de plus un registre U qui
correspond à la section utile du paquet. Ce registre est
chargé en totalité avec le message codé MC issu de l'organe
de codage COD.
Les autres composants de l'émetteur ne seront pas
plus détaillés car ils appartiennent â l'état de l'art.
L'implémentation de l'invent:ion telle qu'exposêe ci-
l0 dessus ne reprësente bien sûr qu'un exemple. L'homme du
métier dispose de nombreuses possibilités pour mettre en
oeuvre l'invention différemment, ne serait-ce qu'en
remplaçant un moyen par un moyen équivalent.
