WO2007068666A1 - Systeme de transmission de donnees a haut debit adapte a la transmission sur voie hf utilisant des emetteurs-recepteurs standard - Google Patents

Systeme de transmission de donnees a haut debit adapte a la transmission sur voie hf utilisant des emetteurs-recepteurs standard Download PDF

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WO2007068666A1
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data
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frame
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Pierre-André Laurent
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Thales
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    • H04L5/003—Arrangements for allocating sub-channels of the transmission path
    • H04L5/0048—Allocation of pilot signals, i.e. of signals known to the receiver

Definitions

  • the invention particularly relates to a high-speed transmission system adapted to high-frequency or HF transmission using standard transceivers.
  • the technical field concerned is notably that of the transmission of any data (files, texts, digitized speech, etc.) in the HF frequency range (frequencies between 3 MHz and 30 MHz), very popular with radio amateurs because of its high reach.
  • serial modems in which the signal to be transmitted is a low frequency carrier BF, generally at 1800 Hz, generally modulated at a speed of 2400 baud, and occupying a bandwidth similar to that of the human voice, namely between 300 and 3400 Hz,
  • OFDM Orthogonal Frequency Digital Modem
  • DRM World Digital Radio
  • the automatic gain control or AGC receiver tends to react very strongly, especially after a pulse of noise, particularly atmospheric noise. It almost instantly reduces the gain of the receiver to a low value and the latter only returns to its initial value after a long time,
  • the transmitters / receivers being adapted to the voice comprise systems of pre-emphasis, deemphasis, automatic level control or ALC (in English-speaking automatic level control), which modify the form of the signal and make reception even more difficult.
  • the invention relates to a system for high-speed data transmission, the data being transmitted in the form of frames composed of a preamble and data blocks, each block comprising a fixed or probe sequence and data, the system comprising at least one transmitter and a receiver characterized in that the transmitter comprises at least one means adapted to generate, for a frame Tn, a synchronization sequence comprising at least a first probe S1 and a second probe Sf defined from an original probe S B1 of the data block B1 , and in that the probes S1, Sf thus generated have a substantially identical or identical autocorrelation to that of the original probe and in that the preamble itself formed of probes Si, intermediate symbols and the probe Sf also has a very good autocorrelation function.
  • An 8-phase phase modulation can be used for the fixed portions of the frames.
  • a self-baud sequence chosen from n possible sequences that are as far apart as possible is used.
  • the first probe Si is for example determined by applying a direct or inverse rotation of n times 90 ° to the nth symbol of the original probe.
  • the second probe Sf can be determined by applying an inverse or direct rotation of n times 90 ° to the nth symbol of the original probe.
  • the object of the invention also relates to a high-speed data transmission method, the data being transmitted in the form of frames composed of a preamble and data blocks, each block comprising a fixed or probe sequence and data, characterized in that it comprises at least the following steps: for a frame Tn generate a synchronization sequence comprising at least a first probe Si and a second probe Sf defined from an original probe S Bl of the data block (Bi ), and the probes Si, Sf thus generated having an autocorrelation substantially identical to that of the standard probe and in that the preamble itself formed of the probes S1, of intermediate symbols and of the probe Sf also has a very good autocorrelation function.
  • the method comprises for example a demodulation step where: for a frame Tn, the last block of data Bn is demodulated using the probe
  • the known sequences, probes and acquisition sequences are preferably all modulated with 8 phase states.
  • FIG. 1 an example of a frame transmission scheme of fixed duration, close to half a second
  • FIG. 3 the intercorrelation of a known or probe sequence
  • FIG. 4 an example of the module of the three possible interrelations of the initial, final and standard known sequences according to the invention and FIG. 5 the module of the autocorrelation of an example sequence,
  • Figure 6 an example of proposed variants for the structure of a message with and without data of servitude.
  • the idea of the invention consists in particular in defining a synchronization preamble, which has a duration at least equal to twice that of the fixed or probes sequences which make it possible to estimate the transmission channel, knowing that there is no than one probe before each block of data.
  • the idea of the invention is based on the use of a pattern whose primary purpose is to be repetitive and which comprises: a) a preamble serving for the initial synchronization or the resynchronization and whose beginning and the end are optimized to serve as probes, b) a self-baud sequence, c) a pair (probe + data block), the beginning of the preamble of the next pattern serves as the probe following the last block of data.
  • Wave shape whose primary purpose is to be repetitive and which comprises: a) a preamble serving for the initial synchronization or the resynchronization and whose beginning and the end are optimized to serve as probes, b) a self-baud sequence, c) a pair (probe + data block), the beginning of the preamble of the next pattern serves as the probe following the last block of data.
  • the modem used is for example a serial type modem comprising a transmitter and a receiver, which in particular maximizes the efficiency of the transmitter. It comprises in particular a means adapted to implement the different steps of the invention, in particular the generation of the synchronization preamble.
  • the modulation speed is 1600 baud, which makes the message occupy a bandwidth of 2200 Hz, centered on a central frequency Fc of 1400 Hz (300 to 2500 Hz). In practice, more than 99% of the power is concentrated between 500 Hz and 2300 Hz.
  • Each transmission is, for example, preceded by the sending of a pure carrier of well-defined amplitude on the central frequency Fc, or of a series of random symbols, with a duration of 100 to 400 ms, in order to allow the gain control mechanisms (transmitter and receiver) to stabilize at a value close to the optimum.
  • each frame can be received independently of the others, which makes it possible to hang a communication in progress, even if one does not have detected the beginning.
  • FIG. 1 represents an example of a transmission scheme of several Tn frames.
  • a first frame T1 comprising a first initial synchronization part 1, comprising an initial probe Si and a final probe Sf; a second part auto-baud 2, a third part 3 comprising several blocks Bi.
  • Each block Bi comprises a probe S Bl and data Di.
  • a vocoder frame of 22.5 ms corresponds to 36 symbols at 1600 bauds. It is therefore possible in principle to take as frame duration any multiple of 22.5 ms. For example 0.45 s, or 20 vocoder frames. However, as each frame has fixed parts that do not convey any information, it is better to choose, with equal performance, a frame long enough to maximize the useful rate. Frame structure
  • a frame has 3 parts.
  • the first part 1 comprises for example: an initial synchronization sequence of duration Ts (acquisition), fixed and known, possibly chosen in a set of several sequences having good inter-correlation properties.
  • This sequence serves both: - the detection of the presence of the message, the determination of the instant of arrival of the message, - the initial estimate of the frequency offset of the message.
  • the second part 2 comprises for example: an auto baud sequence chosen from among possible m, as "distant" as possible from each other, in order to reliably define the current transmission mode (modulation, coding, interleaving, etc.) ).
  • the third part 3 includes for example:
  • One or more data blocks Bi each comprising:
  • probe of duration Tp, for evaluating the impulse response of the transmitter + transmit channel + receiver
  • the probe is designated S Bl , with Bi a data block;
  • an probe of at least 3n symbols is most often sufficient to estimate an impulse response of n symbols at most.
  • phase states QPSK or in English “quaternary PSK”
  • 8 phase states 8-PSK
  • Each data field D B1 is preceded and followed by an probe in order to estimate the transmission channel before the demodulation step, using, for example, the decision block equalization algorithm called BDFE or in English -Saxon “Block Decision Feedback Equalization”.
  • BDFE decision block equalization algorithm
  • the auto-baud sequence is, for example, demodulated using the end of the acquisition sequence (probe before Sf) and the probe S Bl preceding the first data block Bi (probe after).
  • a block of data Bi is demodulated using the probe S Bl and the probe S Bl +1 of the block of data that follows it.
  • the last block of data within a frame is demodulated using the probe that precedes it (probe before S B1 ) and the beginning of the acquisition sequence (probe after) of the next frame.
  • the preamble of synchronization has a duration of at least equal to two probes, since it begins and ends with an probe.
  • the first probe is obtained by applying a direct rotation of n times 90 ° to the nth symbol of the original probe, and forms the beginning of the sequence acquisition, it is referenced as
  • the second probe is obtained by applying an inverse rotation of n times 90 ° to the nth symbol of the original probe, and forms the end of the acquisition sequence, the second probe is referenced Sf.
  • the complete procedure for calculating the 3 probes, the standard probe, the first probe Si and the second probe Sf for example includes the optimization of the interrelation between them.
  • Figure 4 shows the modulus of the three possible inter-correlations for the probes Si, Sf, and S.
  • the autocorrelation of the initial synchronization sequence is optimized, for example, by optimally adjusting its central symbols (between the beginning and end probes) and the phase of the end probe (in steps of 45 °). This minimizes the likelihood of a false alarm because, by construction, the initial acquisition has virtually no chance of being on one of the probes preceding the data itself.
  • the autocorrelation module of this sequence is in FIG.
  • All other data blocks D B1 are demodulated using the probe S B1 which precedes them and the probe S B1 + i which precedes the next block of data
  • the message always has the same structure and therefore comprises frames thus constituted:
  • Figure 6 shows the two proposed variants (with and without service data).
  • the broadband variant offers an additional bit rate of 20% of pure data symbols per second compared to the basic variant.
  • Modulation with 2 or 4 phase states In order to avoid significant variations in the amplitude of the emitted signal, the reference constellation (at 2 or 4 points) undergoes a rotation close to 90 degrees from one symbol to another ( data symbols only, the others being at 8 phase states.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Signal Processing (AREA)
  • Synchronisation In Digital Transmission Systems (AREA)
  • Digital Transmission Methods That Use Modulated Carrier Waves (AREA)

Abstract

Système et procédé de transmissions de données à haut débit, les données étant transmises sous forme de trames composées d'un préambule et de blocs de données, chaque bloc comprenant une séquence fixe ou probe et des données, le système comportant au moins un émetteur et un récepteur, l'émetteur comporte au moins un moyen adapté à générer pour une trame Tn une séquence de synchronisation comportant au moins une première probe Si et une deuxième probe Sf définies à partir d'une probe originale SBi du bloc de données Bi, et en ce que les probes Si, Sf ainsi générées ont une autocorrélation sensiblement identique à celle de la probe originale.

Description

SYSTEME DE TRANSMISSIONS DE DONNEES A HAUT DEB IT ADAPTE A LA TRANSMISSION SUR VOIE HF UTILISANT DES EMETTEURS-RECEPTEURS
STANDARD
L'invention concerne notamment un système de transmissions à haut débit adapté à la transmission sur voie haute fréquence ou HF utilisant des émetteurs-récepteurs standards.
Le domaine technique concerné est notamment celui de la transmission de données quelconques (fichiers, textes, parole numérisée, etc.) dans la gamme de fréquence HF (fréquences comprises entre 3 MHz et 30 MHz), très populaire auprès des radio-amateurs en raison de sa portée élevée.
Il existe de nombreux types de modems (modulateurs-démodulateurs) pour la HF. Depuis de nombreuses années, les modems en question se partagent en deux catégories principales :
• les modems « série » dans lesquels le signal à transmettre est une porteuse basse fréquence BF, généralement à 1800 Hz, modulée en général à une vitesse de 2400 bauds, et occupant une bande passante similaire à celle de la voix humaine, à savoir entre 300 et 3400 Hz,
• les modems « parallèles » où une multitude de sous-porteuses régulièrement réparties dans la bande sont modulées à faible vitesse et de façon synchrone.
Ce principe est connu sous le nom d'OFDM, abréviation anglo-saxone de Orthogonal Frequency Digital Modem.
On peut aussi mentionner le système Mondial Radio Numérique DRM (Digital Radio Mondiale) qui est de type modem parallèle mais qui est destiné à la radio-diffusion et occupe en conséquence des canaux de 9 ou 10 KHz mentionnés ci-dessus.
La plupart de ces modems bien que performants présentent les limites suivantes :
• Pour les modems en série : o Une dynamique réduite (rapport entre la puissance crête et la puissance moyenne), ce qui est favorable du point de vue du rendement de la transmission, o Une complexité élevée qui croît comme au moins le carré de la durée de la réponse impulsionnelle du canal ;
• Pour les modems parallèles : o Une dynamique relativement élevée, nécessitant d'émettre une puissance moyenne bien en dessous de la puissance crête que peut délivrer l'émetteur, o Une faible complexité (ce type de modem était déjà normalisé avant les années 1980, où l'on disposait de moyens de calcul très limités, par exemple « l'ANDVT » à 39 porteuses et 2400 bauds/secondes.
Ces modems présentent notamment comme inconvénient de ne pas pouvoir être utilisés tels quels avec des émetteurs/récepteurs E/R du commerce, notamment pour les raisons suivantes :
• si le début de la transmission, synchronisation initiale, n'a pas été reçu, le message complet est perdu,
• la distorsion des émetteurs, le plus souvent des push/pull en classe B ou AB fait que le signal émis est entaché d'un bruit intrinsèque qui réduit notablement les performances,
• la largeur de bande du signal est telle que les récepteurs ne reçoivent pas la totalité du signal, ce qui ne fait qu'aggraver les choses,
• le contrôle automatique de gain ou CAG du récepteur a tendance à réagir très fortement, en particulier après une impulsion du bruit, bruit atmosphérique notamment. Il réduit quasi-instantanément le gain du récepteur à une faible valeur et ce dernier ne reprend sa valeur initiale qu'après un temps assez long,
• enfin, les émetteurs/récepteurs étant adaptés à la voix comportent des systèmes de pré-accentuation, désaccentuation, contrôle automatique de niveau ou ALC (en anglo-saxon automatic level control), qui modifient la forme du signal et rendent la réception encore plus difficile.
L'invention concerne un système de transmissions de données à haut débit, les données étant transmises sous forme de trames composées d'un préambule et de blocs de données, chaque bloc comprenant une séquence fixe ou probe et des données, le système comportant au moins un émetteur et un récepteur caractérisé en ce que l'émetteur comporte au moins un moyen adapté à générer, pour une trame Tn, une séquence de synchronisation comportant au moins une première probe Si et une deuxième probe Sf définies à partir d'une probe originale SBl du bloc de données Bi, et en ce que les probes Si, Sf ainsi générées ont une autocorrélation sensiblement identique ou identique à celle de la probe originale et en ce que le préambule lui-même formé des probes Si, de symboles intermédiaires et de la probe Sf a, lui aussi, une très bonne fonction d'autocorrélation. On peut utiliser une modulation à 8 états de phase pour les portions fixes des trames.
On utilise par exemple une séquence auto-baud choisie parmi n séquences possibles aussi distantes que possible.
La première probe Si est par exemple déterminée en appliquant une rotation directe ou inverse de n fois 90° au nième symbole de la probe originale.
La deuxième probe Sf peut être déterminée en appliquant une rotation inverse ou directe de n fois 90° au nième symbole de la probe originale.
L'objet de l'invention concerne aussi un procédé de transmission de données à haut débit, les données étant transmises sous forme de trames composées d'un préambule et de blocs de données, chaque bloc comprenant une séquence fixe ou probe et des données, caractérisé en ce qu'il comporte au moins les étapes suivantes : pour une trame Tn générer une séquence de synchronisation comportant au moins une première probe Si et une deuxième probe Sf définies à partir d'une probe originale SBl du bloc de données (Bi), et les probes Si, Sf ainsi générées ayant une autocorrélation sensiblement identique à celle de la probe standard et en ce que le préambule lui-même formé des probes Si, de symboles intermédiaires et de la probe Sf a, lui aussi, une très bonne fonction d'autocorrélation. Le procédé comporte par exemple une étape de démodulation où : pour une trame Tn, le dernier bloc de données Bn est démodulé en utilisant la probe
SBΠ-1 du bloc qui le précède et la probe Si de la séquence d'acquisition de la trame suivante, les autres blocs de données sont démodulés en utilisant la probe SBl qui les précèdent et la probe SBl+i qui précède le bloc de données suivant. Le système selon l'invention offre notamment les avantages suivants :
• l'adaptation à des équipements du commerce, par réduction de la largeur de bande du signal et modification de sa fréquence centrale ; • rémission par trames indépendantes jointives, chaque trame pouvant être reçue sans que ses voisines le soient ;
• rémission d'une porteuse pure avant tout signal utile pour permettre aux systèmes de régulation de gain à l'émission et à la réception de se stabiliser avant la partie utile du message ; • des trames composées d'une séquence d'acquisition connue, suivie d'une forme d'onde choisie parmi n connues afin de définir le mode de transmission courant (auto-baud), elle-même suivie de p blocs identiques comportant chacun une séquence connue ou probe suivie d'un bloc de données ; « la séquence d'acquisition est formée elle-même d'une probe au début, d'une probe à la fin, et d'une partie centrale, le tout étant optimisé pour maximiser la probabilité d'acquisition et minimiser la probabilité de faux accrochage ;
• les séquences connues, probes et séquences d'acquisition sont de préférence toutes modulées à 8 états de phase.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit d'un exemple de réalisation donné à titre illustratif et nullement limitatif annexé des figures qui représentent :
• La figure 1 , un exemple de schéma d'émission par trames de durée fixe, voisine d'une demi-seconde,
• La figure 2, les représentations de différents types de modulation,
• La figure 3, l'intercorrélation d'une séquence connue ou probe,
• La figure 4, un exemple du module des trois inter corrélations possibles des séquences connues initiales, finales et standard selon l'invention et la figure 5 le module de l'autocorrélation d'un exemple de séquence,
• La figure 6 un exemple de variantes proposées pour la structure d'un message avec et sans données de servitude. L'idée de l'invention consiste notamment à définir un préambule de synchronisation, qui a une durée au moins égale au double de celle des séquences fixes ou probes qui permettent d'estimer le canal de transmission, sachant qu'il n'y a qu'une probe avant chaque bloc de données. En résumé, l'idée de l'invention repose sur l'utilisation d'un motif dont le but premier est d'être répétitif et qui comporte : a) un préambule servant à la synchronisation initiale ou à la resynchronisation et dont le début et la fin sont optimisés pour servir de probes, b) une séquence d'auto-baud, c) une paire (probe + bloc de données), le début du préambule du motif suivant sert de probe à la suite du dernier bloc de données. Forme de l'onde
Le modem utilisé est par exemple un modem de type série, comprenant un émetteur et un récepteur, ce qui permet notamment de maximiser le rendement de l'émetteur. Il comporte notamment un moyen adapté pour mettre en œuvre les différentes étapes de l'invention, notamment la génération du préambule de synchronisation.
Pour l'exemple, la vitesse de modulation est de 1600 bauds, ce qui fait occuper au message une largeur de bande de 2200 Hz, centrée sur une fréquence centrale Fc de 1400 Hz (de 300 à 2500 Hz). En pratique, plus de 99% de la puissance est concentrée entre 500 Hz et 2300 Hz.
Chaque émission est, par exemple, précédée de l'envoi d'une porteuse pure d'amplitude bien définie sur la fréquence centrale Fc, ou bien d'une série de symboles aléatoires, d'une durée de 100 à 400ms, afin de permettre aux mécanismes de régulation de gain (émetteur et récepteur) de se stabiliser à une valeur proche de l'optimum.
L'émission se fait par trames de durée fixe, de durée voisine d'une demi- seconde par exemple, chaque trame pouvant être reçue indépendamment des autres, ce qui permet d'accrocher une communication en cours, même si on n'a pas détecté le début.
La figure 1 représente un exemple de schéma d'émission de plusieurs trames Tn. Sur la figure on a indiqué selon un axe temporel, une première trame T1 comprenant une première partie synchronisation initiale 1 , comprenant une probe initiale Si et une probe finale Sf ; une deuxième partie auto-baud 2, une troisième partie 3 comprenant plusieurs blocs Bi. Chaque bloc Bi comprend une probe SBl et des données Di.
Pour l'exemple et pour des raisons de simplicité, on prend des trames dont la longueur est multiple de la durée des trames de vocodeurs qui numérisent la voix par paquets de 22.5 ms, puisque le système peut être amené à transmettre de la parole numérisée.
On prend, par exemple, une durée de trame de 0.54 seconde, ce qui correspond à la fois à 24 trames vocodeur et 864 symboles à 1600 bauds.
Une trame vocodeur de 22.5 ms correspond à 36 symboles à 1600 bauds. On peut donc en principe prendre comme durée de trame n'importe quel multiple de 22.5 ms. Par exemple 0.45 s, soit 20 trames vocodeur. Cependant, comme chaque trame comporte des parties fixes qui ne véhiculent aucune information, il vaut mieux choisir, à performances égales, une trame assez longue pour maximiser le débit utile. Structure des trames
Toutes les portions fixes des trames (signaux ne véhiculant pas d'information) utilisent, une modulation à 8 états de phase (8-PSK), comme il est représenté sur les schémas de la figure 2.
Ceci présente au moins 3 avantages : 1 - la variation d'amplitude du signal est relativement faible et comporte peu de « passages à l'origine » où l'amplificateur de l'émetteur-récepteur présente souvent une distorsion non négligeable ;
2 - il est beaucoup plus facile de trouver des séquences de n symboles ainsi modulées et ayant de bonnes propriétés d'auto corrélation et d'inter corrélation qu'avec une modulation plus simple, comme avec une modulation binaire (à deux états de phase) : il y a en effet 8π possibilités et non pas « seulement » 2π possibilités et donc plus de degrés de liberté ;
3 - les traitements effectués avec ces signaux fixes sont souvent à base de corrélations complexes simples qui reviennent à des multiplications par +1 , -1 , 0, ou 0.707 qui peut approximé par 181/256.
Une trame comporte 3 parties.
La première partie 1 comprend par exemple : une séquence de synchronisation initiale de durée Ts (acquisition), fixe et connue, éventuellement choisie dans un jeu de plusieurs séquences ayant de bonnes propriétés d'inter corrélation.
Cette séquence sert à la fois à : - la détection de présence du message, la détermination de l'instant d'arrivée du message, - l'estimation initiale du décalage en fréquence du message. Par exemple, une série de 72 symboles modulés en 8 états de phase (8-PSK) et sa conjuguée. La deuxième partie 2 comprend par exemple : une séquence d'auto baud choisie parmi m possibles, aussi « distantes » que possible les unes des autres, afin de définir de façon fiable le mode de transmission courant (modulation, codage, entrelacement...).
Par exemple, 16 séquences de 15 symboles en 8-PSK, ce qui permet de distinguer jusqu'à 16 modes de transmission possibles correspondant à 4 bits d'information.
Un exemple de telles séquences (à des rotations et permutations près) est donné ci-dessous (phases des symboles en degrés) :
1 315 90 0 90 45 0 270 180 270 90 0 0 225 225 225
2 135 90 180 90 45 180 270 180 90 270 180 0 225 45 45
3 315 90 180 270 225 180 90 0 90 90 0 0 225 225 45
4 315 270 180 270 225 0 270 180 90 90 180 180 225 45 225
5 135 270 180 90 225 0 270 0 270 90 0 0 45 45 45
6 315 270 0 90 225 180 270 0 90 270 180 0 45 225 225
7 315 270 180 270 45 0 90 180 270 270 180 0 45 225 45
8 315 90 0 90 225 0 90 180 90 270 0 180 45 45 45
9 135 270 180 90 45 0 90 0 90 270 0 180 225 225 225
10 135 90 180 90 225 180 90 180 270 90 180 180 45 225 225
11 135 270 0 270 225 180 270 180 270 270 0 180 225 225 45
12 135 270 0 270 45 180 90 180 90 90 0 0 45 45 225
13 315 90 180 270 45 180 270 0 270 270 0 180 45 45 225
14 135 90 0 270 225 0 90 0 270 270 180 0 225 45 225
15 315 270 0 90 45 180 90 0 270 90 180 180 225 45 45
16 135 90 0 270 45 0 270 0 90 90 180 180 45 225 45
(le carré du module de leurs distances mutuelles est 32) On peut aussi avoir des variantes où l'on n'a besoin que de 4 séquences d'auto baud de 8 symboles chacune.
L'un des choix possibles (à des rotations et permutations près, tout comme précédemment) est le suivant (nombres complexes de module unité) :
A = 1 / 3
B = (2*2^ / 3 = (1 - AΛ2)^
C = 2 / 3 D = 5"M / 3 = (1 - C"2)Λ M
1 : {+1, 0} {+1, 0} {+1, 0} {+1, 0} {+1, 0} {+1, 0} {+1, 0} {+1, 0}
2 : { 0,-1} { 0,+l} {+A,+B} {-1, 0} { 0,-1} {-1, 0} {-1, θ}{ 0,+l}
3 : { 0,+l} { 0,-1} {-A,-B} { 0,-1} { 0,+l} {-C,+D} {-C,+D}{-1, 0}
4 : {-1, 0} {-1, 0} {-1, 0} { 0,+l} {-1, 0} {+C,-D} {+C,-D}{ 0,-1} (le carré du module de leurs distances mutuelles est 21 1/3).
La troisème partie 3 comprend par exemple :
Un ou plusieurs blocs Bi de données comportant chacun :
1 - une séquence fixe et connue appelée « probe » de durée Tp, permettant d'évaluer la réponse impulsionnelle de l'ensemble émetteur+canal de transmission+récepteur, la probe est désignée SBl, avec Bi un bloc de données ; l'expérience montre qu'une probe de 3n symboles au moins est le plus souvent suffisante pour estimer une réponse impulsionnelle de n symboles au plus. Par exemple, une probe de 30 symboles modulés en 8-PSK, adaptée à une réponse impulsionnelle globale de 10 symboles, soit 10/1600 = 6.25 ms.
2 - des symboles de données DBl (pour le bloc Bi) véhiculant de 1 à 4 bits par symbole selon le schéma de modulation courant.
Par exemple, 81 symboles pouvant être modulés :
- à 2 états de phase (BPSK ou en anglo-saxon « binary phase shift keying),
- ou 4 états de phase ( QPSK ou en anglo-saxon « quaternary PSK »), ou 8 états de phase ( 8-PSK), ou
- ou 8(16) états d'amplitude et de phase (8(16)-QAM ou « 8(16) states quadrature amplitude modulation », - ou 8() 16-APSK « 16 states Amplitude and Phase Shift keying). La figure 2 représente les constellations correspondantes, ensembles de 2π points dans le plan complexe :
- 2 états de phase, BPSK,
- 4 états de phase, QPSK, - 8 états de phase, 8-QPSK,
8 états d'amplitude et de phase (1 et 2),
- 16 états d'amplitude et de phase (1 et 2).
Dans les exemples donnés, le nombre p de blocs vaut 7 et on aboutit ainsi à 72+15+7 (30+81 ) = 864 symboles au total dans chaque trame, dont 7*81 = 567 symboles de données (1050 symboles de données par seconde).
Dans le cas des trames de 0.45 secondes citées plus haut, la composition d'une trame la plus voisine en performances serait la suivante :
- séquence de synchronisation de 75 symboles (4% de plus),
- séquence d'auto baud de 15 symboles (inchangé), - 6 blocs (un de moins) comportant une probe de 30 symboles (inchangé). Démodulation des champs de données
Chaque champ de données DBl est précédé et suivi d'une probe afin d'estimer le canal de transmission avant l'étape de démodulation, en utilisant, par exemple, l'algorithme d'égalisation par bloc de décision dit BDFE ou en anglo-saxon «Block Décision Feedback Equalisation».
La séquence d'auto baud est, par exemple, démodulée en utilisant la fin de la séquence d'acquisition (probe avant Sf) et la probe SBl précédant le premier bloc de données Bi (probe après) .
Un bloc de données Bi est démodulé en utilisant la probe SBl et la probe SBl +1 du bloc de données qui le suit.
Le dernier bloc de données au sein d'une trame est démodulé en utilisant la probe qui le précède (probe avant SBl) et le début de la séquence d'acquisition (probe après) de la trame suivante.
Ceci explique pourquoi le préambule de synchronisation a une durée d'au moins égale à deux probes, puisqu'il commence et finit par une probe.
En pratique, on cherche tout d'abord une probe standard ou probe original (celle précédant chaque bloc de données) ayant les meilleures propriétés d'auto corrélation possible, afin notamment de définir les probes Si et Sf de la séquence de synchronisation. Par exemple celle-ci (phases en degrés) : 180 225 45 270 180 225 180 45 225 90
180 0 0 180 0 270 315 135 45 180
0 315 315 225 315 225 315 315 45 135 Le module de son auto corrélation est représenté en figure 3.
On déduit de cette probe standard ou probe original deux autres probes obtenues de la façon suivante : 1. La première probe est obtenue en appliquant une rotation directe de n fois 90° au nième symbole de la probe originale, et forme le début de la séquence d'acquisition, elle est référencée Si,
180 315 225 180 180 315 0 315 225 180 0 270 0 270 180 180 315 225 225 90 0 45 135 135 315 315 135 225 45 225
2. La deuxième probe est obtenue en appliquant une rotation inverse de n fois 90° au nième symbole de la probe originale, et forme la fin de la séquence d'acquisition, la deuxième probe est référencée Sf.
180 135 225 0 180 135 0 135 225 0 0 90 0 90 180 0 315 45 225 270 0 225 135 315 315 135 135 45 45 45
On montre facilement que les probes ainsi générées ont une auto corrélation identique à celle de la probe originale.
Sans sortir du cadre de l'invention, on peut utiliser une rotation inverse pour obtenir la première probe et une rotation directe pour la deuxième probe.
La procédure complète de calcul des 3 probes, la probe standard, la première probe Si et la deuxième probe Sf inclut par exemple l'optimisation de Tinter corrélation entre elles.
La figure 4 montre le module des trois inter corrélations possibles pour les probes Si, Sf, et S.
Enfin, on optimise l'auto corrélation de la séquence de synchronisation initiale par exemple, en ajustant au mieux ses symboles centraux (entre les probes de début et de fin) et la phase de la probe de fin (par pas de 45°). On minimise ainsi la probabilité de fausse alarme, car, par construction, l'acquisition initiale n'a pratiquement aucune chance de se faire sur une des probes précédant les données proprement dites.
Par exemple (72 phases en degrés) :
180 315 225 180 180 315 0 315 225 180
0 270 0 270 180 180 315 225 225 90
0 45 135 135 315 315 135 225 45 225
0 315 180 315 180 0 0 90 315 180
180 135 225 0 180 135 0 135 225 0
0 90 0 90 180 0 315 45 225 270
0 225 135 315 315 135 135 45 45 45
Le module de l'auto corrélation de cette séquence est en figure 5.
Tous les autres blocs de données DBl sont démodulés en utilisant la probe SBl qui les précèdent et la probe SBl+i qui précède le bloc de données suivant
D Bi+L
Données de servitude optionnelles
Parmi les symboles de données d'une trame, on peut répartir aussi uniformément que possible des symboles dits de servitude qui véhiculent des informations complémentaires relatives au système, par exemple l'identité de l'émetteur, un bit indiquant la fin de communication, etc.
Ces symboles utilisent une modulation à faible nombre d'états (2 ou 4) et le train binaire qui en définit la valeur, est codé avec une forte redondance et soigneusement entrelacé pour obtenir une robustesse nettement supérieure à celle des données utilisateur.
Par exemple, parmi les 7x81 symboles de données sont répartis 24 symboles de servitude en QPSK véhiculant 12 bits d'information protégés par un code de Golay (24, 12) répété 2 fois soit au total 48 bits transmis pour 12 bits utiles. On peut bien entendu envisager d'autres possibilités (nombre de bits, codage). Si l'on veut un débit plus élevé, on ne transmet pas les données de servitude, mais on garde l'auto baud, avec des capacités réduites comme mentionné plus haut: 4 modes différents au lieu de 16.
On en profite pour raccourcir les probes (ce qui suppose un canal et des émetteurs/récepteurs E/R de qualité suffisante) et allonger les plages de données pour augmenter le débit.
Le message a toujours la même structure et comporte donc des trames ainsi constituées :
- préambule d'acquisition de 72 symboles, - auto-baud de 8 symboles,
- 7 blocs comportant une probe de 19 symboles et une plage de données de 93 symboles.
Total : 72 + 8 + 7 (19 + 93) = 864 symboles comme précédemment.
La figure 6 montre les deux variantes proposées (avec et sans données de servitude).
On notera que la variante haut débit offre un débit supplémentaire de 20 % de symboles de données pures par seconde par rapport à la variante de base.
Modu lations à 2 ou 4 états de phase Afin d'éviter les importantes variations d'amplitude du signal émis, la constellation de référence (à 2 ou 4 points) subit une rotation voisine de 90 degrés d'un symbole à l'autre (symboles de données uniquement, les autres étant à 8 états de phase.
On peut prendre par exemple une rotation de 3π/8 (67.5°) qui a l'avantage de présenter une périodicité courte de 16 symboles.

Claims

REVENDICATIONS
1 - Système de transmissions de données à haut débit, les données étant transmises sous forme de trames composées d'un préambule et de blocs de données, chaque bloc comprenant une séquence fixe ou probe et des données, le système comportant au moins un émetteur et un récepteur caractérisé en ce que l'émetteur comporte au moins un moyen adapté à générer, pour une trame Tn, une séquence de synchronisation (1 ) comportant au moins une première probe Si et une deuxième probe Sf définies à partir d'une probe originale SBl du bloc de données (Bi), et en ce que les probes Si, Sf ainsi générées ont une autocorrélation sensiblement identique ou identique à celle de la probe originale.
2 - Procédé de transmission de données à haut débit, les données étant transmises sous forme de trames, Tn, composées d'un préambule et de blocs de données, chaque bloc (Bi) comprenant une séquence fixe ou probe et des données, caractérisé en ce qu'il comporte au moins les étapes suivantes ; pour une trame Tn, générer une séquence de synchronisation comportant au moins une première probe Si et une deuxième probe Sf définies à partir d'une probe originale S(Bi) du bloc de données (Bi), les probes Si, Sf ainsi générées ayant une autocorrélation sensiblement identique à celle de la probe standard.
3 - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il utilise une modulation à 8 états de phase pour les portions fixes des trames.
4 - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte une séquence auto-baud choisie parmi m possibles séquences aussi distantes que possible.
5 - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la première probe Si est déterminée en appliquant une rotation directe ou inverse de n fois 90° au nième symbole de la probe originale. 6 - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la deuxième probe Sf est déterminée en appliquant une rotation inverse ou directe de n fois 90° au nième symbole de la probe originale.
7 - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de démodulation où :
• pour une trame Tn, le dernier bloc de données Bn est démodulé en utilisant la probe S(Bn-I ) du bloc qui le précède et la probe Si de la séquence d'acquisition de la trame suivante,
• les autres blocs de données sont démodulés en utilisant la probe S(Bi) qui les précèdent et la probe S(Bi+1 ) qui précède le bloc de données suivant.
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"Interoperability and performance standards for data modems", DEPARTMENT OF DEFENSE INTERFACE STANDARD, 27 April 2000 (2000-04-27), pages 99 - 104, XP002398938, Retrieved from the Internet <URL:http://tracebase.nmsu.edu/hf/standards/MIL/188-110B.pdf#search=%22%20%22mil-std-188-110b%22%22> [retrieved on 20060914] *

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