FR2782429A1 - Procede de changement du niveau de codage de donnees numeriques transmises entre un emetteur et un recepteur a un debit constant - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé de changement du niveau de codage de données numériques transmises entre un émetteur et un récepteur à un débit constant. Le niveau de codage est déterminé en fonction de la qualité du signal reçu par le récepteur, un niveau de codage de rang O correspondant à une protection maximale des données transmises et un niveau de codage de rang n-1 correspondant à une protection minimale des données transmises. Selon l'invention, le procédé consiste à interdire pendant une durée fixe non nulle le passage d'un niveau de codage de rang m, avec 0 <= m < n-1, à un niveau de codage de rang m+q, avec 0 < m+q <= n-1 et q positif, lorsque la qualité du signal reçu correspond à un niveau de codage de niveau m + q.
Description
Procédé de changement du niveau de codage de données numériques transmises
entre un émetteur et un récepteur à un débit constant Le domaine de l'invention est celui de la transmission de données numériques entre un émetteur et un récepteur, notamment par l'intermédiaire de l'interface air. Plus précisément, la présente invention concerne un procédé de changement du niveau de codage de données numériques transmises entre un émetteur et un récepteur à un débit constant, ce niveau de codage étant déterminé en fonction de la qualité du canal de transmission des données numériques. On peut par exemple définir qu'à un niveau de codage de rang 0 correspond une protection maximale des données transmises et qu'à un niveau de codage de rang n-1 correspond une protection minimale des données transmises. Un tel procédé est
par exemple mis en oeuvre dans le projet AMR (Adaptive Multi-rate Codec -
Codeur/décodeur à rendement adaptatif) du système GSM. On se référera utilement à la demande de brevet français nD2.718.906 qui décrit notamment un procédé d'adaptation de l'interface air dans un système de radiocommunications avec des mobiles.
On se placera dans la suite de cette description dans le cadre du système
de communication GSM dans lequel un terminal, généralement mobile, communique avec une station de base (BTS) par l'intermédiaire d'un milieu de transmission constitué par l'interface air. Sur l'interface air du système GSM, le terminal ou la BTS dispose, pour transmettre les données utiles (données de parole par exemple) sur l'interface air, d'un jeu de n couples de codeurs/décodeurs, chaque couple
correspondant à un niveau de codage et de décodage de données et de canal.
Quelquesoit le débit du codeur de parole, le débit après codage de canal correspond au débit alloué à la communication, par exemple 22,8 Kbits/s en mode plein débit
(full rate) et 11,4 Kbits/s en mode moitié débit (half rate).
Pour un couple i parmi n donné de codeurs/décodeurs, lorsque le débit après codage de parole est important, les données utiles transmises sont peu protégées (faible redondance). Si le TEB est dans ce cas faible, la qualité audio des données reçues sera excellente. En revanche, si le TEB est important, la transmission sera peu robuste aux erreurs de transmission et la qualité audio sera pauvre. Si le débit après codage de parole du couple de codeur/décodeur utilisé est plus faible que celui du couple i, on obtient une moins bonne qualité audio à faible TEB ou important Eb/No mais une plus grande robustesse lorsque la qualité du
canal de transmission est plus importante.
Le principe de l'AMR est donc de s'adapter, au niveau émetteur et récepteur, a la qualité de l'interface air qui peut évoluer non seulement avec les conditions atmosphériques, mais également avec les positions et vitesses relatives du terminal par rapport a la station de base (multi-trajets notamment) ou avec la
présence ou non de perturbateurs que peuvent constituer d'autres communications.
On adopte un codage de parole d'autant plus robuste que le canal de transmission est plus perturbé et réciproquement, afin de réaliser le meilleur compromis entre la qualité des donnés utiles transmises et le débit de transmission de ces données utiles. Les données utiles transmises sont en principe des données de parole mais il est également possible de transmettre des données numériques autres qu'audio, par exemple des images, du texte, etc... De manière générale, ces données peuvent être transmises sous la forme de paquets, un paquet étant donc défini comme un ensemble de données de parole (dans le cadre d'une application à la transmission
de données audio) ou de données numériques au sens large du terme.
Lorsque l'émetteur change son niveau de codage suite à la réception d'une information selon laquelle son niveau de codage courant n'est plus approprié aux conditions de propagation, soit pour passer à un niveau de codage plus robuste soit pour passer à un niveau de codage moins robuste, il en informe en principe le récepteur pour que celui-ci change conformément son niveau de décodage. Cette information est transmise par l'intermédiaire d'une signalisation appropriée, soit dans la bande de communication allouée à la transmission des données utiles (par exemple sous la forme d'un en-tête de paquet comprenant également ces données
utiles), soit dans une autre bande.
On obtient ainsi une adaptation automatique aux conditions de propagation rencontrées en choisissant parmis les n couples disponibles le couple (codeur de parole + codeur de canal) le plus approprié. Ainsi, à chaque plage de qualité du canal
de transmission correspond un niveau de codage/décodage des données utiles.
Le problème rencontré avec les modems AMR existants est décrit en
référence aux figures 1A et lB.
La figure 1A représente une variation du taux d'erreur binaire (TEB) mesuré en fonction du temps et la figure lB les niveaux de codage/décodage utilisés en
fonction de ce TEB mesuré.
Pendant une première phase P1, le TEB mesuré (par exemple sur plusieurs paquets en transmission en mode TDMA) est supérieur à une valeur de seuil S. Le niveau de codage utilisé pour la transmission correspondante est le niveau 0 assurant une protection maximale des données transmises. Pendant une phase consécutive P2, la qualité du canal de transmission s'améliore, le TEB devient inférieur au seuil S de telle sorte qu'un niveau de codage de rang plus élevé, ici le niveau de codage 2, peut être utilisé. Ici, un bref passage par un niveau de codage 1, par exemple pendant la durée d'une trame, est respecté. Entre le moment o il est décidé de changer de niveau de codage et le moment o ce niveau de codage est effectivement appliqué s'écoule une durée Ati dépendant du temps de réaction du système (évaluation du TEB, prise de décision sur le niveau de codage à
appliquer et transmission des informations sur ce niveau de codage notamment).
Cette durée Ati n'est pas fixe. Au bout de la phase P2, le TEB se dégrade à nouveau et il est décidé de repasser à un niveau de codage plus robuste, par exemple au niveau de codage 0. Ce passage du niveau de codage 2 au niveau de codage 0 nécessite cependant une certaine durée At2 pendant laquelle toutes les trames transmises après la dégradation de la qualité du canal et jusqu'à ce que le système revienne au niveau 0 risquent d'être perdues. Ce problème se reproduit sur les figures 1A et lB à la fin de la période P4 o le niveau de codage 2 était utilisé et o une rapide dégradation de la qualité du canal entraîne une perte possible des paquets transmis pendant la durée At4, cette durée correspondant au temps de réaction du système pour passer du niveau de codage 2 au niveau de codage 0. On observerait de la même manière une perte de paquets si le niveau de codage 1 avait été le
niveau de codage approprié.
Cette perte de paquets se traduit, dans le cas d'une transmission de
données de parole, par une dégradation de la qualité audio du signal reçu.
De plus, lorsque les erreurs sur le canal de transmission sont telles que les données de signalisation sont également corrompues, c'est à dire notamment les données indicatives du niveau de codage à utiliser par l'émetteur, le niveau de détection encodé sera erroné et le récepteur va tenter de décoder les trames selon un niveau différent de celui choisi à l'encodage. Ceci entraine automatiquement la perte des trames concernées par la signalisation considérée. Si cette erreur de transmission avait été détectée, le récepteur aurait pu adopter une autre stratégie afin d'estimer le
niveau d'encodage le plus probable.
La présente invention a notamment pour objectif de remédier à ces inconvénients. Plus précisément, un des objectifs de l'invention est de fournir un procédé de changement du niveau de codage des données numériques transmises entre un émetteur et un récepteur à un débit constant, ce procédé permettant d'éviter ou tout du moins de minimiser la perte de données lorsque le canal de transmission
présente de brusques variations de qualité.
Cet objectif, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, est atteint grâce à un procédé de changement du niveau de codage de données numériques transmises entre un émetteur et un récepteur à un.débit constant, le niveau de codage étant déterminé en fonction de la qualité du signal reçu par le récepteur, un niveau de codage de rang 0 correspondant à une protection maximale des données transmises et un niveau de codage de rang n-1 correspondant à une protection minimale des données transmises, ce procédé consistant à interdire pendant une durée fixe non nulle le passage d'un niveau de codage de rang m, avec 0 < m < n-1, à un niveau de codage de rang m+q, avec 0 < m+q < n-1 et q positif, lorsque la
qualité du signal reçu correspond à un niveau de codage de niveau m+q.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la
lecture de la description suivante d'un mode de mise en oeuvre préférentiel, donné
à titre illustratif et non limitatif, et des dessins annexés dans lesquels: - les figures 1A et 1B représentent respectivement la variation du TEB mesuré en fonction du temps et les niveaux de codage utilisés en fonction de ce TEB; - la figure 1C représente les niveaux de codage utilisés en fonction du TEB mesuré, ces niveaux de codage étant déterminés selon le procédé de l'invention. - la figure 2 est un organigramme montrant un mode de mise en oeuvre
possible du procédé de l'invention.
Les figures 1A et 1B ont été décrites précédemment en référence à l'état de
la technique.
On se placera dans la suite de cette description dans le cadre d'un codage
des données utiles selon 1 parmi n niveaux possibles, le niveau 0 étant le plus
robuste et le niveau n-1 le moins robuste.
Le principe de l'invention consiste à interdire un changement trop rapide vers des niveaux d'encodage moins robustes que le niveau d'encodage courant, et ce,
quelquesoit les conditions de transmission sur le canal.
En d'autre termes, selon l'exemple de la figure 1B, si le TEB mesuré permet d'utiliser le niveau 2, on interdit a l'émetteur toute utilisation de ce niveau 2 si le
niveau 0 ou le niveau 1 a été utilisé il y a moins d'une durée Tmin.
La figure 1C représente les niveaux de codage utilisés en fonction du TEB
mesuré, ces niveaux de codage étant déterminés selon le procédé de l'invention.
Pendant la période P1, de même que sur la figure 1 B, le niveau de codage utilisé est le niveau 0. Lorsque le récepteur des données transmises constate que le TEB mesuré permet de passer au niveau de codage 2, une temporisation de durée Tmin est lancée. Si pendant la durée Tmin il est confirmé que le niveau de codage 2 peut être utilisé, c'est a dire que le TEB mesuré pendant Tmin ne correspond pas à un quelconque moment aux niveaux de codage 0 ou 1, on passe au niveau de
codage 2 à la fin de la période Tmin.
En revanche, si pendant la période Tmin il est constaté que le niveau de codage à appliquer est le niveau 0 ou 1, le passage au niveau de codage 2 ne sera pas effectué comme initialement prévu. Le résultat de cette approche est observable sur la figure 1C: la durée de la période P2 pendant laquelle le TEB mesuré correspond à un niveau de codage 2 est inférieure à Tmin et le niveau de codage 2 n'est pas appliqué. Il s'en suit que les données qui auraient été transmises avec un code de niveau 2 pendant la période At2, et donc avec un niveau de codage insuffisant pouvant avoir pour conséquence leur dégradation, sont en fait transmises
avec un codage de niveau 1, ou mieux, avec un niveau de codage 0.
A ce sujet, on observera sur la figure 1C que l'on s'autorise à employer un niveau de codage 1 lorsque le TEB mesuré permet de passer au niveau de codage 2. Il a été montré qu'il est avantageux de monter progressivement en niveau de codage lorsque les conditions de transmission s'améliorent. A titre d'exemple, si le niveau de codage courant est le niveau 0 et si le TEB estimé correspond à un codage de niveau 3, il est préférable d'utiliser pendant une première durée Tmin le niveau 1, pendant une deuxième durée Tmin le niveau de codage 2, avant de passer effectivement au niveau de codage 3, sous réserve bien entendu que ce niveau de codage 3 corresponde au niveau de codage à atteindre en mettant en oeuvre le procédé selon l'invention. Il est bien entendu également possible de conserver le niveau de codage 0 pendant la période Tmin, I'essentiel étant de ne pas utiliser immédiatement le niveau de codage correspondant au TEB courant mesuré lorsque les conditions de propagation s'améliorent. La durée Tmin constitue donc une durée d'observation ou de confirmation qu'un niveau de codage moins puissant peut être utilisé. De manière plus générale, I'invention consiste à interdire pendant une durée Tmin non nulle le passage d'un niveau de codage de rang m, avec 0 < m < n-1, à un niveau de codage de rang m+q, avec 0 < m+q < n-1 et q positif, lorsque la qualité
dudit canal de transmission correspond à un niveau de codage de niveau m+ q.
Il a été montré que la perte de qualité due aux choix sous-optimaux de
niveaux d'encodage est largement compensée par le sauvetage des trames.
Dans l'état de la technique, en assumant que l'on a n niveaux (codeur de parole + codeur de canal) disponibles, lorsque le TEB du canal radio s'améliore nettement pendant un certain temps puis redevient brusquement très mauvais, si le mecanisme d'adaptation a décidé de passer à un niveau de transmission beaucoup moins robuste (niveau 2 ou 3), toutes les trames transmises après la "rechute" de la qualité du canal et jusqu'à ce que le système revienne au niveau 0 risquent d'être perdues. Si au contraire, selon l'invention, le niveau courant (niveau 0 dans l'exemple) ou un niveau un peu plus robuste (niveau 1) est adopté, ces même trames ont une
chance d'être sauvées grâce à ce codage plus robuste (niveau 0 ou 1).
Au récepteur, si on reçoit l'information que les X prochaines trames à venir sont encodées en niveau 2 ou 3 alors que l'on était en niveau 0 il y a moins de Tmin, on en déduit que l'information reçue est impossible et donc fausse. Dans ce cas, une stratégie possible est de ne pas changer de niveau de détection par rapport aux X
trames précédentes.
L'invention permet donc de sauver des trames lorsque les contitions radios
sont très mauvaises ou présentent de brusques variations de qualité.
L'invention s'applique particulièrement aux transmissions par interface air mais également à toute autre interface présentant des évolutions de qualité,
mesurables par exemple en terme de TEB ou de Eb/No au niveau du récepteur.
La figure 2 est un organigramme montrant un mode de mise en oeuvre
possible du procédé de l'invention.
L'étape 20 est une étape de début précédant une étape 21 d'estimation de la qualité du signal reçu. L'étape 21 peut indifféremment consister a estimer le taux d'erreur binaire TEB du signal reçu, le rapport signal à bruit, le rapport C/l, la distance séparant l'émetteur du récepteur, I'alignement temporel, la réponse impulsionnelle du canal de transmission ou à mesurer la puissance du signal reçu,
par exemple.
L'étape 22 est une étape de test consistant à vérifier si la qualité du signal reçu s'est ou non suffisamment améliorée pour qu'un passage à un niveau de codage moins robuste (passage d'un niveau de codage courant de rang m à un niveau de codage de rang m+q) est possible. Si la réponse est non, le niveau de codage de rang m est conservé (ou un niveau de codage de rang inférieur est adopté, par exemple le niveau 1 pour un TEB estimé correspondant au niveau 2). Si
la réponse est oui, une temporisation de durée Tmin est lancée à l'étape 23.
Pendant la durée Tmin, la qualité du signal reçu est réactualisée à chaque nouveau paquet reçu (étape 24) et il est vérifié (étape 25) si le niveau de codage m+q décidé à l'étape 21 correspond au moins à la qualité du signal estimée à l'étape 24. Si la réponse est oui, cela signifie que la qualité du signal ne s'est pas dégradée suffisamment pour remettre en cause le changement de niveau décidé à l'étape 22 et il est vérifié (étape 26) si la durée Tmin s'est écoulée. Si la durée Tmin s'est écoulée, le changement de niveau de codage décidé à l'étape 22 est réalisé (étape 27) et le procédé prend fin (étape 28). Si à l'étape 26 la durée Tmin ne s'est pas
écoulée, une nouvelle estimation de la qualité du signal reçu est réalisée (étape 24).
Si à l'étape 25 il est constaté que la qualité du signal s'est dégradée suffisamment pour remettre en cause le changement de niveau décidé à l'étape 22, la temporisation Tmin est relancée à l'étape 23. La temporisation Tmin est donc
relancée à chaque décision de changement de niveau de codage.
Alternativement, l'étape 27 consiste à incrémenter, tous les Tmin, de 1 le niveau de codage courant, afin d'atteindre par paliers successifs le niveau de
codage correspondant au BER estimé à l'étape 21, comme expliqué précédemment.
Une application particulière de l'invention est l'adaptation du niveau de codage aux conditions de transmission rencontrées dans un réseau de
communications cellulaire, tel que le réseau GSM par exemple.
Dans un mode de mise en oeuvre préférentiel, pour une communication donnée, le changement de niveau de codage des données transmises sur les voies montantes et descendantes est toujours décidé dans la station de base. Pour les données transmises sur la voie descendante (de la station de base vers le terminal), le terminal, après avoir démodulé le signal reçu, envoie à la station de base, sur un canal de signalisation, un rapport de mesure de la qualité des données reçues. La station de base décide alors, sur la base de ce rapport de mesure, quel niveau de codage il y a lieu d'appliquer, et envoie cette information au terminal. La durée Tmin
peut également être envoyée au terminal, à moins que celle-ci ne soit prédefinie.
Une alternative consiste à employer au niveau du terminal un modem reconnaissant automatiquement le niveau de codage employé. La transmission ou la connaissance
de la durée Tmin n'est dans ce cas pas nécessaire.
Pour les données transmises sur la voie montante (du terminal vers la station de base), la station de base démodule les données transmises par le terminal et décide si le niveau de codage doit être modifié. En cas de décision de
changement de niveau, il en informe le terminal par le canal de signalisation.
Pour une communication donnée, les niveaux de codage utilisés dans les
sens montants et descendants peuvent donc être différents.
Claims (3)
1. Procédé de changement du niveau de codage de données numériques transmises entre un émetteur et un récepteur à un débit constant, ledit niveau de codage étant déterminé en fonction de la qualité du signal reçu par ledit récepteur, un niveau de codage de rang 0 correspondant a une protection maximale desdites données transmises et un niveau de codage de rang n-1 correspondant à une protection minimale desdites données transmises, caractérisé en ce qu'il consiste à interdire pendant une durée fixe (Tmin) non nulle le passage d'un niveau de codage de rang m, avec 0 < m < n-1, à un niveau de codage de rang m+q, avec 0 < m+ q < n-1 et q positif, lorsque ladite qualité du signal
reçu correspond à un niveau de codage de niveau m+q.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit récepteur est
constitué par une station de base d'un réseau cellulaire.
3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il est mis
en oeuvre dans un réseau de type GSM.
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