l'A.L.E. par F5LGF
le 17 février 2008

Par le passé, l’établissement d’une liaison radio fiable nécessitait les compétences d’un opérateur confirmé maîtrisant parfaitement les problèmes de propagation, le réglage de la station et de ses antennes.
Au début des années 80, différents systèmes adaptatifs ont été développés sans concertation qui se sont révélés par la suite totalement incompatibles.
L’idée au départ était d’avoir un système cohérent et surtout inter opérable permettant d’avoir un système unique de communication dans lequel toute sortes d’entités pourrait sous certaines conditions, communiquer entres elles sans problèmes. ( Système modulaire )
Les USA ont développé un système radio HF qui utilise divers protocoles avec des paramètres spécifiques pour l’établissement automatique de la liaison dite « ALE ».

Dans les années 1990 une première norme fédérale est apparue, nommée « FED STD -1045A » pour la version civile et « MIL STD 188 - 141A » pour la version militaire.

Cette première norme donne les fonctions ALE concernant :
- L’initialisation de l’appel,
- Une réponse,
- Un signal d’accusé de réception « ACK ».

Le développement et l’introduction de la norme fédérale FS1045 « Etablissement de liaison automatique HF » a révolutionné le monde des communications radio HF en utilisant des techniques de transmission de signal digital automatisées.

Lors de la CAMR 97, la résolution 729 de l’UIT voyait le jour en officialisant et en réglementant au niveau international l’utilisation des systèmes adaptatifs.

Par la suite, pour compléter l’arsenal permettant la mise en œuvre d’un système de communication performant et fiable, toute une famille de normes a été développée et mise au point. Les caractéristiques inclues dans cette famille de normes rendent ces postes radios automatiquement adaptatifs aux conditions perpétuellement changeantes de la propagation HF. De ce fait ces stations radios sont dénommées stations radios HF adaptatives.

Description de quelques unes de ces normes :
- FS1045 Etablissement automatique de la liaison,
- FS1046 Réseaux radio HF automatiques,
- FS1047 Stockage et transmission automatique de messages pour réseaux HF,
- FS1048 Interconnexion HF automatique avec des réseaux multimédias,
- FS1049 Les stations HF automatiques en environnement perturbé,
- Etc….
Les normes au delà de la FS1045A sont au delà du propos de cet article et pourront faire l’objet d’autres sujets ultérieurement. Le système évolue en permanence avec l’apparition d’une troisième génération ALE ( FS1045B ) qui a un protocole agrémenté de l’ARQ, la mise en œuvre d’une synchronisation, un transfert des données plus rapide etc… mais le principe reste le même.

Vue d'ensemble du système d’établissement automatique du lien

L’établissement automatique de la liaison est un moyen HF robuste et adaptatif qui envoie par radio les paramètres indispensables à l’établissement de la communication en bande latérale unique (SSB). La gestion du système est assurée par un contrôleur ALE (microprocesseur ).
Le contrôleur ALE peut être programmé pour une ou plusieurs fréquences, choisir la meilleure pour démarrer et commencer ses appels sur les canaux présélectionnés en mémoire. Il utilise également une mémoire « LQA » ( Link Qualité Analysis) ou est stockée la qualité des différentes connexions susceptibles d’être utilisées.
Cette façon de faire permet à l’ALE d’avoir le maximum de chance de réussite pour établir rapidement une connexion de qualité le moment venu.
Des éléments optionnels peuvent inclure des moyens de protection utilisant différent niveaux de sécurité interdisant ainsi l’entrée du réseau à une station non autorisée.

L’établissement de l’ALE et les fonctions de gestion de la connexion sont exécutés pour transporter l’information ALE sur le canal entre diverses stations. Cette haute précision est obtenue par la transmission d’une triple redondance des données de l’ALE entrelacées en utilisant la correction d’erreur « Code de Golay » (voir Fig .1)

Figure 1

Avant la transmission, le mot de base (24 bits) avec sa redondance (3 fois) sera entrelacé et donnera 48 bits intercalés plus un quarante neuvième de bourrage S49 (Valeur 0) qui seront transmis, B1, A2, B2, ….A24, B24, S49 en utilisant 16-1/3 symboles (Tonalités) par mot (voir la fig1). Cette redondance permettra de réduire les effets de fading, de bruit et autres.
Le code FEC de Golay ( 24, 12, 3 ) est prescrit pour ce standard . Le polynôme générateur du code FEC sera : g(x) = x11 + x9 + x7 + x6 + x5 + x + 1

Etablissement de la liaison en « ALE » : (Handshake Three Way)

L’établissement d’une connexion en ALE ( handshaking) se fera toujours de façon automatique en trois temps distincts ( Three Way ):
- Appel en scanning,
- Réponse du correspondant qui déclare avoir entendu et décodé l’appel,
- L’accusé de réception (ACK) attestant que la station d’origine a bien reçu la réponse.

Règles opérationnelles de l’ALE

Les stations ALE doivent obéir à des règles opérationnelles strictes afin de fonctionner correctement. Les règles opérationnelles ci dessous sont listées par ordre de priorité. Ces règles doivent être strictement appliquées pour que les stations ALE puissent se connecter.

1 - Capacité de réception ALE indépendante (en parallèle avec n’importe quel autre critère),
2 - Toujours en écoute (pour des signaux ALE) (critique),
3 - Toujours répondre (sauf si volontairement inhibée),
4 - Toujours scanner (sauf si déjà connecté),
5 - Ne jamais interférer avec des canaux ALE actifs (sauf priorité ou forcé)
6 - Toujours échanger l’info « Link Quality Analysis » (LQA) avec les autres stations lorsque c’est demandé (sauf si inhibé) , et toujours mesurer la qualité du signal des autres.
7 - Le système répond dans la fenêtre temporelle préréglée qui lui est assignée (réseau/groupe/appels spéciaux),
8 -Toujours garder (sauf si inhibé) et maintenir la recherche de connexion avec les autres,
9 - Les stations ALE en liaison emploient le plus haut niveau de capacité commune
10 - Minimiser le temps d’occupation du canal,
11 - Minimiser la puissance utilisée (selon les possibilités).

Structure du mot de base ALE :

Le mot ALE de base est constitué de 24 bits d'information, qui sont désignés de W1 à W24 sur la fig 2 ci dessous. W1 désigne le bit le plus significatif à gauche qui sera toujours transmis en premier.
Le mot ALE type sera divisé en deux parties : un préambule de trois bits et une rubrique de données de 21 bits ( lequel contient souvent trois caractères de 7 bits ). Avant la transmission, ce mot sera divisé en deux fois 12 bits et seront dirigés respectivement vers les codeurs A et B pour l’encodage FEC comme décrit en figure 1.
Le trois premiers bits , de W1 à W3, sont désignés respectivement comme bits du préambule P1 à P3,. Ceux-ci seront utilisés pour identifier un des huit mots types possibles de préambule c’est à dire : THRU, TO, CMD, FROM, TIS, TWAS, DATA et REP.
Ces préambules vont permettre les commandes pour le contrôle, l’identification, la coordination, le routage, l’adressage etc…

Fig 2 : Mot de Base ALE

Préambules et adresses dans les trames ALE

Nous venons de voir la structure du mot ALE de base, son entrelacement et sa préparation avec l’encodeur FEC pour être envoyé par radio . Pour transmettre une information, il faut désigner un destinataire, lui préciser de qui provient ces données et éventuellement par où celles ci ont transité.
Le protocole « ALE » a prévu seulement huit mots préambules ( THRU, TO, CMD, FROM, TIS, TWAS, DATA et REP ) pour configurer et router le trafic en fonction de l’origine et de la destination désirée. Chaque mot préambule est doté d’un code binaire de 3 bits permettant son identification.
Ces préambules permettent également d’agrandir certains champs pour transmettre des adresses plus longues sans toutefois dépasser les 15 caractères prévus par le protocole.
Les caractères utilisés pour confectionner ces adresses seront ceux du jeu de caractères « basic 38 subset » qui comprend toutes les lettres capitales de A à Z et tous les chiffres de 0 à 9. Deux symboles supplémentaires @ et ? seront utilisés pour des fonctions particulières.

Utilisation des mots préambules

- THRU : ( Code bit 001 ) Le mot « THRU » sera employé dans un appel de balayage en alternance avec « REP » comme indicateur d’acheminement pour indiquer le premier mot d’adresse des stations qui ont été appelées directement. Chaque premier mot d’adresse sera limité à une adresse de base ( Longueur 3 caractères ).

- TO : ( Code bit 010 ) Le mot TO sera employé comme indicateur d’acheminement qui donnera l’adresse de destination à la station qui vient de recevoir directement l’Appel. Pour les adresses prolongées, les mots additionnels seront contenus dans une alternance « DATA » ou « REP » qui suivront immédiatement. La séquence sera : TO, DATA, REP, DATA et REP et sera assez longue pour contenir jusqu’à 5 mots d’adresse soit 15 caractères.

- CMD : ( Code bit 110 ) Le mot « CMD » est un indicateur spécial de message de service qui sera employé au niveau coordination système, commande, contrôle, statuts etc… Le premier « CMD » termine le cycle d’appel et indique le début de la section message de la trame ALE.

- FROM : ( Code bit 100 ) Le mot « FROM » est un indicateur facultatif qui sera employé pour identifier la station de transmission. Il contiendra l’adresse entière de la station émettrice, utilisera « FROM » et s’il y a lieu « DATA » et « REP » comme dans les cas précédents.

- TIS : ( Code bit 101 ) Le mot « TIS » ( This IS ) sera employé comme indicateur d’acheminement qui donnera l’adresse du présent appel de la station qui l’ a transmis. Excepté « TWAS », « TIS » sera employé dans tous les protocoles ALE pour terminer la trame de fin de transmission. Pour les adresses prolongées, les mots additionnels d’adresse seront contenus dans une alternance « DATA » et « REP » comme dans les cas précédents.

- TWAS : ( Code bit 011 ) Le mot « TWAS » ( This Was ) sera employé comme indicateur d’acheminement exactement comme « TIS » avec ses différentes variantes.

- DATA : ( Code bit 000 ) Le mot « DATA » est un indicateur spécial qui sera employé pour prolonger la zone d’information de n’importe quel type de mot qui précédent.

- REP : ( Code bit 111 ) Le mot « REP » est un indicateur spécial qui sera utilisé pour dupliquer toute fonction du préambule ou la signification du mot changeant le contenu de la rubrique (bit W4 à W24) ; Avec « DATA » REP peut être employé pour prolonger l’adresse, le message etc…

Adresses utilisées en ALE

Le système ALE utilise une structure d’adressage numérique basée sur le mot ( à trois caractères ) de standard 24 bits et le « Basic character subset ». Les stations ALE ont la possibilité et la flexibilité de se connecter seules ou en réseau avec une ou plusieurs stations connues si l’on a besoin d’une ou plusieurs stations.
Il y a trois méthodes d’adressage de base :
- Station individuelle,
- Multiples stations,
- Modes spéciaux.

L’adresse individuelle est l’élément fondamental dans le système ALE et le mot de routage simple contenant trois caractères qui forme l’adresse de base de la station individuelle. Si l’adresse ne comporte qu’un mot de trois caractères, elle se nommera (taille de base) et si elle excède un mot elle se nommera (taille prolongée).
L’adresse réseau permet d’envoyer un message rapidement à un ensemble structuré de stations préalablement connues par l’utilisation d’une adresse simple qui est une adresse additionnelle assignée à tous les membres du réseau. ( Adresse collective )
L’adresse de groupe permet d’envoyer un message rapidement à un ensemble de plusieurs stations n’appartenant pas à un réseau structuré par l’utilisation d’une combinaison compacte de leur propre adresse individuelles.
AllCall adresse est un émission générale qui ne demande pas de réponse et n’indique aucune adresse spécifique. Ce mécanisme est employé essentiellement pour les urgences « help ». L’adresse globale « AllCall » est @ ?@.
AnyCall est une émission générale qui demande des réponses sans indiquer d’adresse spécifique. On l’utilise pour les urgences, la reconstitution des systèmes ou la création d’un réseau. L’adresse globale « AnyCall » est @@ ?. Elle permet d’envoyer un message rapidement à un ensemble structuré de stations

Structure des trames :

Toutes les transmissions ALE sont basées sur les tonalités, le timing bit et la structure du mot « ALE » décrite plus haut. Les appels généraux seront composés d’une trame qui sera faite de mots redondants contigus dans une séquence. Voir l’exemple des trames de base

Il y a trois séquences distinctes dans les trames de base :
- Le Cycle d’appel,
- La Section Message, (s’il y a un message !…)
- La Conclusion.

- Cycle d’appel.
La section initiale de toutes les trames est appelée cycle de l'appel (Tcc), il est divisé en deux parties: un « scanning Call » (Tsc) et un « Leading Call » (appel principal ) (Tlc).

- Section message
La seconde section, facultative, de toutes les trames est appelée "message." elle sera composée de CMD (et peut-être REP et DATA) de la fin du cycle d'appel jusqu'au début de la conclusion (donc la fin du message).

- Conclusion
La troisième section de toutes les trames est appelée "conclusion." elle sera composée de TIS ou TWAS (mais pas les deux) (et peut-être de DATA et REP), de la fin du message (ou la section cycle d’appel, s’il n’y a aucun message) jusqu'à la fin de l'appel.

Emission et Réception en ALE :

La technique ALE ne spécifie que l’établissement d’une liaison HF. La communication qui suit, (phonie, données etc..) n’est pas définie dans la norme et peut se dérouler suivant d’autres protocoles différents. Des messages courts peuvent toutefois être intégrés dans le protocole d’établissement de liaison. (90 caractères maximum)
La forme d'onde de l’ALE est conçue pour être employée avec un matériel utilisant la SSB standard. Cette forme d'onde prévoira une capacité du modem robuste, lente, numérique utilisée pour des buts multiples, y inclure un système d’appel sélectif et de transmission de données. Les paragraphes suivants définissent la forme d'onde y compris les tonalités utilisées, leurs significations, le réglage, et leur exactitude.

Signal ALE

Tonalités
La forme d'onde sera une modulation par déplacement de fréquence (FSK) avec huit tonalités orthogonales, une tonalité (ou symbole) à la fois. Chaque tonalité représentera trois bits de données comme suit :
- 750 Hz ( 000 ) - 1000Hz ( 001 ) - 1250 Hz ( 011 ) - 1500 Hz ( 010 )
- 1750 Hz ( 110 ) - 2000 Hz ( 111 ) - 2250 Hz ( 101 ) - 2500 Hz ( 100 )
Les bits transmis qui constituent un mot, seront chiffrés et entrelacés.

Timing
Les tonalités seront transmises à un taux de 125 tonalités (symboles) par seconde, avec une période résultante de 8 ms par tonalité.
Le débit binaire transmis sera 375 bits par seconde (b/s). Les transitions entre mots adjacent redondant (triplés) transmis, coïncideront avec les transitions entre tonalités, donnant 49 symboles (ou tonalités) par mot redondant
(triplé). La période du mot unique résultante (Tw) sera 130.66... ms (ou 16.33... symboles), et le mot triple (format redondant de base) (3 Tw) aura une période de 392 ms.
Le système ALE est fondamentalement asynchrone et n’exige aucune forme de synchronisation du système bien que ce soit compatible avec de telles techniques. Dans une trame, le timing et la structure du système fourni les « crochets » nécessaires pour accomplir et maintenir la synchronisation pendant la connexion.

Précision
Dans la bande de base audio sonore, les tons produits seront de plus ou moins 1 Hz. En RF, les tonalités transmises le seront avec une amplitude de 2 dBs.

Efficacité opérationnelle améliorée

Les stations radio HF ALE qui sont conformes à la norme 1045 n’ont pas besoin d’opérateurs expérimentés pour réaliser des communications rapides de haute qualité . Ces stations radios sont capable de scanner une centaine de fréquences préprogrammées , d’analyser la qualité du chemin de propagation pour chacune des stations désirées et de se connecter automatiquement en quelques secondes ou minutes.
Ces stations radios réussissent à se connecter et à transmettre des données avec succès sur des canaux avec des rapports S/N de 10dB sous des niveaux de voix perceptible. Ces capacités permettent une utilisation nettement plus efficace du spectre encombré.
La station appelante écoute sur chaque fréquence pendant 200 millisecondes seulement ce qui signifie que les 10 fréquences peuvent être balayées et une connexion établie avec une station en balayage d’écoute en moins d’une minute. Le QRM sera réduit de manière significative et par là même la pollution du spectre HF habituellement encombrée par des CQ CQ CQ …. ainsi que par les répétitions manuelles sur différentes fréquences avec des stations qui ne s‘entendent pas.

Résumé des fonctions ALE :