ES2281970T3 - Terminal de datos y procedimiento de codificacion para fiabilidad a traves de paquetes de datos en un sistema de salto de frecuencia. - Google Patents

Terminal de datos y procedimiento de codificacion para fiabilidad a traves de paquetes de datos en un sistema de salto de frecuencia. Download PDF

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Abstract

Un método para codificar un paquete de datos que es transmitido por un primer terminal (110) a un segundo terminal (160) en un enlace de un sistema de comunicación por salto de frecuencia, por lo que el paquete de datos es transmitido en un salto de frecuencia y es parte de un mensaje, incluyendo el método los pasos de: determinar (220) una porción de información del paquete de datos para transmisión; generar (225) un código de control de redundancia de transmisión sobre la porción de información del paquete de datos y un identificador del enlace, usando un generador de códigos de comprobación de redundancia predeterminado; y generar (230) el paquete de datos de manera que incluya el código de control de redundancia de transmisión y la porción de información, pero excluyendo el identificador del enlace, donde el identificador del enlace es al menos uno de una identidad del enlace y una identidad del primer terminal.

Description

Terminal de datos y procedimiento de codificación para fiabilidad a través de paquetes de datos en un sistema de salto de frecuencia.
Campo de la invención
Esta invención se refiere en general a técnicas para comunicar datos en un sistema de salto de frecuencia, y en particular a una técnica de codificación que mejora la fiabilidad de la producción en tal sistema.
Antecedentes de la invención
En sistemas de salto de frecuencia, dos dispositivos terminales de datos comunican información por un enlace que usa radiación electromagnética, típicamente ondas de radio, para transportar la información. La información es enviada como mensajes o llamadas formados por uno o más paquetes de datos. La radiación electromagnética tiene una frecuencia portadora que experimenta cambios de frecuencia discretos. Durante el tiempo en que el enlace está en una frecuencia, un paquete de datos es enviado desde un terminal de transmisión a un terminal de recepción. Esto se denomina también un salto. Los cambios de frecuencia discretos son predeterminados en tiempo y frecuencia por los dos dispositivos terminales de datos, pero pueden parecer aleatorios para un observador o a un tercer dispositivo terminal de datos. Por predeterminado se entiende que el terminal de recepción de datos contiene información que permite al terminal de recepción de datos cambiar a la frecuencia portadora siguiente del terminal de transmisión de datos esencialmente en el tiempo en que tiene lugar el cambio de frecuencia portadora, sin recibir sucesiva información de cambio de frecuencia del terminal de transmisión de datos. Típicamente, se usa un generador de valores pseudoaleatorios para generar una configuración de valores que cambian la frecuencia portadora. La configuración de los valores pseudoaleatorios es predecible a partir de un conjunto relativamente pequeño de valores de definición que son comunicados o están predeterminados dentro del terminal de recepción de datos.
De los dos dispositivos terminales de datos, uno puede ser un terminal fijo, tal como una estación base en un sistema localizador celular o de teléfono celular, y el otro un terminal de datos móvil o portátil. En tales sistemas, el terminal fijo puede ser uno de los dos terminales para una pluralidad de enlaces. En otros sistemas, los enlaces están primaria o únicamente entre pares de terminales independientes.
En algunos sistemas, en particular los que tienen terminales fijos en una configuración celular, los cambios de frecuencia para un enlace están coordinados con los cambios de frecuencia para otros enlaces de modo que se minimice la interferencia entre pares de enlaces. Sin embargo, en otros sistemas, no hay tal coordinación, y la interferencia es controlada por las intensidades de señal relativas de los enlaces que tienen una frecuencia común. Las intensidades de señal relativas son típicamente sustancialmente diferentes (a causa de las distancias relativas) y existe típicamente una baja probabilidad de uso simultáneo de una frecuencia común. Tal es el caso en la banda de frecuencia de instrumentos, científica, y de medición (ISM) en los Estados Unidos, para la que la Comisión Federal para las Comunicaciones requiere que el equipo que use enlaces en la banda ISM no emplee coordinación de frecuencia entre terminales que
tengan enlaces diferentes.
Un problema que surge en un sistema no coordinado, y que también surge menos frecuentemente en un sistema coordinado, es la interferencia entre dos enlaces cuando los enlaces usan una frecuencia común. Cuando un enlace interferente es sustancialmente más débil que el enlace interferido en el terminal de datos con interferencia, el efecto de la interferencia es típicamente unos pocos o nulos errores de bit durante el salto. Para mejorar el rendimiento producido por la interferencia débil y por otros tipos de perturbaciones de la señal tal como ruido de encendido o desvanecimiento, en cada salto o paquete se incluye típicamente un código de corrección de error sin canal de retorno convencional que corrige un número máximo predeterminado de errores. Cuando tienen lugar unos pocos errores de bit durante un salto, son corregidos. Esto evita la retransmisión del paquete de datos cuando un mensaje de datos está siendo comunicado entre los terminales de datos (cuando los terminales de datos son, por ejemplo, terminales de datos alfanuméricos). Sin embargo, cuando el número de errores es demasiado grande, los errores recibidos no son corregibles por el código de corrección de error sin canal de retorno en el paquete. En tal caso, los errores todavía pueden ser detectados por un código de control de redundancia que se incluye con cada salto o paquete. El código de control de redundancia puede determinar que hay errores en el paquete, pero no determinar la posición de los errores.
Se apreciará que en estas circunstancias, cuando un paquete de datos es recibido de un enlace de interferencia que tiene superpotencia, la información en el paquete de datos interferido puede ser completamente sustituido por la información en el paquete de datos interferente y no se detectarán errores en el paquete de datos recibido. En un sistema en tiempo real, tal como telefonía móvil, un paquete con error se desecharía normalmente y se podría aplicar mitigación de error para sustituir el paquete desechado, usando información obtenida de paquetes precedentes y siguientes. Sin embargo, si el paquete es sustituido completamente sin ninguna indicación de errores incorregibles, el resultado es una explosión inaceptable de una conversación errónea.
Así, lo que se necesita es una técnica para detectar un enlace fuertemente interferente en un sistema de salto de frecuencia que sobrealimenta el enlace no interferente y sustituye un paquete de datos deseado por un paquete de datos interferente que pasa verificación de error y es aceptado como el paquete de datos deseado. La técnica no deberá añadir una longitud significativa al paquete de datos.
La Solicitud de Patente PCT número WO 97/16042 describe un sistema de codificación por identificación de lugar para un sistema de radio multilugar para asegurar que las transmisiones dirigidas a un lugar o como un modo de transmisión no sean decodificadas por otro lugar o como otro modo de transmisión. El sistema descrito usa un byte de identificación de modo de transmisión o lugar en el esquema de codificación de errores de transmisión (CRC).
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 representa un diagrama de bloques de dos terminales de datos que forman un enlace en un sistema de salto de frecuencia, según una realización preferida de la presente invención.
La figura 2 representa un diagrama de flujo de un método usado en el primero de los dos terminales de datos para codificar y transmitir un paquete de datos, según la realización preferida y cinco realizaciones alternativas de la presente invención.
La figura 3 representa un diagrama de flujo de un método usado en el segundo de los dos terminales de datos para recibir y decodificar un paquete de datos, según la realización preferida y cinco realizaciones alternativas de la presente invención.
Descripción de una realización preferida
Con referencia a la figura 1, se representan un primer terminal de datos 110, y un segundo terminal de datos 160, según la realización preferida de la presente invención. El primer terminal de datos 110 incluye un controlador 120, un transmisor 130, un receptor 140, y una antena 141. El segundo terminal de datos 160 incluye un controlador 170, el mismo modelo de transmisor 130, el mismo modelo de receptor 140, y el mismo modelo de antena 141. Los terminales de datos primero y segundo 110, 160 son preferiblemente localizadores personales modelo FAGFWRITER 2000^{TM} modificados fabricados por Motorola, Inc., Schaumburg, IL. El controlador 120 incluye un procesador 122 y una memoria de programa 124. El controlador 170 incluye el procesador 122 y una memoria de programa 174. El procesador 122 y las memorias de programa 124, 174 son partes convencionales a excepción de que la memoria de programa 124 está programada con segmentos de programa únicos que controlan el procesador 122 para realizar establecimiento de enlace y para codificar paquetes de datos, y la memoria de programa 174 está programada con segmentos de instrucciones de programa únicos que controlan el procesador 122 para realizar establecimiento de enlace y para decodificar paquetes de datos según la realización preferida de la presente invención, como se detalla a continuación, con referencia a la figura
2.
Se apreciará que los terminales de datos primero y segundo 110, 160 son representativos de una clase amplia de terminales de datos, incluyendo dispositivos de mensajes personales, llamados alternativamente radios de llamada selectiva, unidades de abonado, y unidades de mensajes personales, que pueden recibir y transmitir mensajes de información, y que podrían ser usados alternativamente según la presente invención. Los terminales de datos primero y segundo 110, 160 también representan módems inalámbricos. Las transmisiones por los terminales primero y segundo 110, 160 pueden ser por radio u otra radiación electromagnética, tal como luz infrarroja.
Se apreciará que uno o ambos terminales de datos primero y segundo 110, 160 podrían ser representativos de una clase de equipo de comunicación fijo usado en varios sistemas de comunicaciones por radio, tal como el controlador y la estación base de un sistema de localización personal o teléfono celular, o un terminal localizador de sobremesa, o una unidad base para un aparato telefónico doméstico remoto. También se apreciará que aunque el terminal de datos 110 se ha descrito con un único conjunto de instrucciones de programa en memoria 124 para codificar paquetes de datos, y el terminal de datos 160 se ha descrito con un único conjunto de instrucciones de programa en la memoria 174 para decodificar paquetes de datos, según la realización preferida de la presente invención, ambos terminales de datos 110, 160 pueden tener ambos conjuntos de instrucciones de programa, proporcionando por ello una mejora bidireccional de la fiabilidad del paquete de datos.
Con referencia a las figuras 2 y 3 se representa un diagrama de flujo de una técnica usada para comunicar un paquete de datos en un sistema de salto de frecuencia, según la realización preferida de la presente invención. La figura 2 representa pasos relevantes para codificar y transmitir un paquete de datos transmitido en un salto de frecuencia realizado en el primer terminal de datos 110 por el procesador 122 bajo control de los segmentos de instrucción de programa en la memoria de programa 124. El paquete de datos es parte de un mensaje de datos. En el paso 205, un identificador de un enlace se determina durante un establecimiento del enlace entre el primer terminal 110 y el segundo terminal 160. El identificador es preferiblemente una identidad del primer terminal 110, pero, alternativamente puede ser una identidad del segundo terminal 160, y alternativamente puede ser una identidad del enlace entre el primer terminal 110 y el segundo terminal 160 que es independiente de la identidad del primer terminal 110 y el segundo terminal 160, y alternativamente puede ser una combinación de dos o las tres identidades indicadas. Dependiendo de qué identidad se use como el identificador, el identificador es transmitido por el primer terminal de datos 110 al segundo terminal de datos 160, o viceversa, durante el establecimiento. El identificador es preferiblemente único dentro del universo de los terminales o enlaces que podrían producir interferencia con el segundo terminal 160. Un número aleatorio de un rango de números grande suficiente puede ser suficientemente fiable a efectos de la identidad del enlace. En el paso 210, según la realización preferida de la presente invención, el primer terminal 110 transmite el identificador para recepción por el segundo terminal 160. En el paso 215, se establece un bucle en el que los paquetes de datos de los mensajes o llamados son codificados y transmitidos. Los pasos restantes de la figura 2 son los pasos para codificar y transmitir un paquete de datos.
En el paso 220 se determina una porción de información del mensaje de datos que es suficientemente pequeña para ser incluida en un paquete de datos. La porción de información es preferiblemente una porción no enviada siguiente del mensaje o llamada, que tiene N o menos caracteres o palabras digitales, donde N es el número de caracteres o palabras digitales que son transmitidos en cada paquete. En el paso 225 se genera un código de control de redundancia de transmisión sobre la porción de información determinada en el paso 220 y el identificador del enlace usado para comunicar el paquete de datos presente. "Generar sobre" significa que se usa una función lógica binaria (un generador de código de control de redundancia) que genera el código de control de redundancia para transformar una combinación de la porción de información y el identificador del enlace, siendo la combinación una donde los bits de la porción de información y el identificador del enlace se una en un valor binario. El código de control de redundancia de transmisión es generado usando un generador de código de control de redundancia predeterminado que es preferiblemente un generador de código de control de redundancia convencional que genera un código de control de redundancia tal como el código de control de redundancia cíclica conocido como CRC-16 por los expertos en la técnica. Éste se define por el polinomio generador: g(x) = 1+ x^{2} + x^{15} +x^{16}. Se puede usar igualmente otros códigos de control de redundancia.
En el paso 230 se genera el paquete de datos, incluyendo la porción de información y el código de control de redundancia, sin el identificador. Preferiblemente, la porción de información es transmitida primero y el carácter de control de redundancia de transmisión es transmitido en segundo lugar, pero se puede usar igualmente el orden inverso o interlazado. El paquete de datos es transmitido en el paso 235.
La figura 3 representa pasos relevantes para recibir y decodificar el paquete de datos transmitido en un salto de frecuencia, realizado en el segundo terminal de datos 160 por el procesador 122 bajo el control de los segmentos de instrucción de programa en la memoria de programa 174. En el paso 305, el identificador del enlace es recibido durante el establecimiento del enlace entre el primer terminal 110 y el segundo terminal 160. En el paso 310 el segundo terminal guarda el identificador. Como se ha descrito anteriormente con referencia a la figura 2, el identificador es transmitido alternativamente del segundo terminal de datos 160 al primer terminal de datos 110 durante el establecimiento del enlace. En el paso 315 se establece un bucle en el que paquetes de datos de los mensajes son recibidos y decodificados. Los pasos restantes de la figura 2 son los pasos para recibir y decodificar un paquete de datos.
En el paso 320 se recibe el paquete de datos, incluyendo una porción de información recibida y un código de control de redundancia recibido. La porción de información recibida y un código de control de redundancia recibido son idénticos a las respectivas porciones transmitidas por el primer terminal 110, a excepción de los errores inducidos por interferencia o distorsión del enlace. En el paso 325 se determina la porción de información recibida del paquete de datos. En el paso 330 se usa el mismo generador de código de control de redundancia usado para generar el código de control de redundancia de transmisión en el primer terminal para generar un código de control de redundancia calculado que es calculado sobre la porción de información recibida determinada en el paso 325 y el identificador del enlace almacenado en el paso 310. Cuando el código de control de redundancia calculado y el código de control de redundancia recibido concuerdan en el paso 335, el paquete de datos es aceptado, en el paso 340, como libre de error y de la fuente esperada (el primer terminal 110). Cuando el código de control de redundancia calculado y el código de control de redundancia recibido no concuerdan en el paso 335, el paquete de datos es rechazado en el paso 345. En un sistema de comunicación de voz en tiempo real, el paquete de datos es mitigado. En un sistema de datos, el terminal de recepción pide una retransmisión del paquete de datos.
Se apreciará que el uso de un código de control de redundancia como se ha descrito aquí según la realización preferida de la presente invención proporciona el beneficio de verificar fiablemente que un paquete de datos es de un terminal de datos deseado sin añadir bits de datos a un paquete de datos para llevar a cabo la verificación, y por lo tanto es una mejora altamente deseable de los sistemas de salto de frecuencia, en particular de sistemas no coordinados de salto de frecuencia en tiempo real. La técnica también proporciona mejoras en sistemas de comunicaciones de datos coordinados y no en tiempo real.

Claims (16)

1. Un método para codificar un paquete de datos que es transmitido por un primer terminal (110) a un segundo terminal (160) en un enlace de un sistema de comunicación por salto de frecuencia, por lo que el paquete de datos es transmitido en un salto de frecuencia y es parte de un mensaje, incluyendo el método los pasos de:
determinar (220) una porción de información del paquete de datos para transmisión;
generar (225) un código de control de redundancia de transmisión sobre la porción de información del paquete de datos y un identificador del enlace, usando un generador de códigos de comprobación de redundancia predeterminado; y
generar (230) el paquete de datos de manera que incluya el código de control de redundancia de transmisión y la porción de información, pero excluyendo el identificador del enlace,
donde el identificador del enlace es al menos uno de una identidad del enlace y una identidad del primer terminal.
2. El método según la reivindicación 1, incluyendo además los pasos de:
determinar (205) el identificador del enlace al establecer el enlace; y
comunicar (210) el identificador del enlace del primer terminal (110) al segundo terminal (160) durante el establecimiento del enlace.
3. El método según la reivindicación 1, donde el identificador se determina como una identidad del primer terminal (110).
4. El método según la reivindicación 1, donde el identificador del enlace es una combinación de la identidad del primer terminal (110) y la identidad del enlace.
5. El método según la reivindicación 1, incluyendo además el paso de transmitir (235) el paquete de datos.
6. El método según la reivindicación 1, donde el paso de generar (225) un código de control de redundancia de transmisión incluye el paso de:
usar un generador de código de control de redundancia cíclica.
7. El método según la reivindicación 1, donde el enlace es un enlace en un sistema de comunicación por salto de frecuencia.
8. Un método para decodificar un paquete de datos que es recibido por un terminal de recepción (160) de un terminal de transmisión (110) en un enlace de un sistema de comunicación por salto de frecuencia, por lo que un paquete de datos es transmitido en un salto de frecuencia y es parte de un mensaje, incluyendo el método los pasos de:
recibir (305) un identificador del terminal de transmisión durante un establecimiento del enlace
determinar (325) una porción de información y un código de control de redundancia recibido del paquete de datos recibido;
generar (330) un código de control de redundancia calculado sobre la porción de información y el identificador usando un generador de código de control de redundancia predeterminado; y
rechazar (345) la porción de información cuando el código de control de redundancia recibido no concuerda con el código de control de redundancia calculado,
donde el identificador es al menos uno de una identidad del enlace y una identidad del terminal de transmisión (110).
9. El método según la reivindicación 8, donde el identificador es una combinación de la identidad del terminal de recepción (160) y la identidad del enlace.
10. El método según la reivindicación 8, donde el identificador se determina como una identidad del terminal de transmisión (110).
11. El método según la reivindicación 8, donde el identificador es una combinación de la identidad del terminal de recepción (160), la identidad del enlace, y una identidad de un terminal de transmisión
(110).
12. El método según la reivindicación 8, donde el identificador se determina como una identidad del enlace.
13. El método según la reivindicación 8, donde el paso de generar (330) un código de control de redundancia calculado incluye el paso de:
usar un generador de código de control de redundancia cíclica.
14. El método según la reivindicación 8, donde el enlace es un enlace en un sistema de comunicación por salto de frecuencia.
15. Un primer terminal (110) que codifica un paquete de datos que es transmitido a un segundo terminal (160) en un enlace de un sistema de comunicación por salto de frecuencia, donde el paquete de datos es parte de un mensaje y es transmitido en un salto de frecuencia, incluyendo el primer terminal:
un procesador (122); y
una memoria (124) programada con instrucciones de programación que controlan el procesador para:
determinar (220) una porción de información del paquete de datos para transmisión;
generar (225) un código de control de redundancia de transmisión sobre la porción de información y un identificador del enlace usando un generador de código de control de redundancia predeterminado; y
generar (230) el paquete de datos de manera que incluya el código de control de redundancia de transmisión y la porción de información, pero excluyendo el identificador del enlace,
donde el identificador del enlace se determina por al menos uno de una identidad del primer terminal (110) y una identidad del enlace.
16. Un terminal de datos (160) que decodifica un paquete de datos que es recibido en un enlace de un sistema de comunicación por salto de frecuencia de un terminal de transmisión (110), por lo que el paquete de datos es parte de un mensaje y es transmitido en un salto de frecuencia, incluyendo el terminal de datos:
un procesador (122); y
una memoria (174) programada con instrucciones de programación que controlan el procesador para:
recibir (305) un identificador del terminal de transmisión durante un establecimiento del enlace
determinar (325) una porción de información y un código de control de redundancia recibido del paquete de datos recibido;
generar (330) un código de control de redundancia calculado sobre la porción de información y el identificador usando un generador de código de control de redundancia predeterminado; y
rechazar (345) la porción de información cuando el código de control de redundancia recibido no concuerda con el código de control de redundancia calculado,
donde el identificador es al menos uno de una identidad del enlace y una identidad del terminal de transmisión (110).
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