ES2296887T3 - Procedimiento de sincronizacion para la infraestructura segun el estandar tetra. - Google Patents

Procedimiento de sincronizacion para la infraestructura segun el estandar tetra. Download PDF

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Abstract

Procedimiento de sincronización para la infraestructura TETRA para un sistema TETRA que comprende al menos dos zonas (1, 2) de estación base de emplazamiento, comprendiendo cada una un repetidor (3, 4) de estación base previsto para conocer en todo momento la situación en la que nos encontramos y para permitir una sincronización entre equipos independientemente del instante en el que empiezan a funcionar, caracterizado porque consiste en: - predefinir un instante inicial arbitrario en el tiempo al que todos los elementos del sistema están asociados para su sincronización con un nivel de precisión de ¿ de símbolo según los estándares TETRA, - hacer que este instante de referencia constituya el inicio del primer cuarto de símbolo para el primer símbolo de la primera ranura de tiempo de la primera trama de la primera multitrama de una hipertrama, haciéndose todas repetitivas sin ningún limite de tiempo, - reconocer el tiempo transcurrido entre dicho instante de referencia y el día y la hora de encendido de un repetidor de una estación base mediante medios que incluyen un receptor (9) GPS que permite, mediante una iniciación, la sincronización de las tarjetas (12) de control de CPU de repetidor y, - sincronizar las tarjetas (12) de control de CPU de repetidor en el repetidor (3, 4) de estación base dependiendo del tiempo transcurrido y las señales desde el receptor (9) GPS.

Description

Procedimiento de sincronización para la infraestructura según el estándar TETRA.
La presente invención se refiere a un procedimiento de sincronización para la infraestructura según el estándar TETRA para la infraestructura Nébula, que aporta esenciales características de novedad y notables ventajas con respecto a los medios conocidos y utilizados para los mismos fines en el estado actual de la técnica.
Más en particular, la invención propone el desarrollo de un procedimiento mediante el que resulta posible sincronizar diferentes zonas, ubicadas en distintos emplazamientos físicos, sin exigir un procedimiento centralizado de sincronismo, en el que se hace uso de un Nodo Central independiente, es decir, asíncrono con el resto del procedimiento. El procedimiento alternativo de sincronismo propuesto por la invención, se base en el uso de un recepto GPS que cumple los requisitos exigidos por el estándar TETRA (Terrestrial Trunked Radio), y mediante el que se proporciona una referencia horaria que permite sincronizar los distintos equipos. El procedimiento propuesto permite conocer en cualquier momento la situación en la que nos encontramos dentro de la cadena de contadores, y permite que la sincronización entre equipos que deban llevarse a cabo con independencia de los distintos momentos en los que se ponen en marcha, a partir del instante de referencia establecido. La topología de sincronismo dispuesta por la invención, incluye la disposición en cada zona SBS a sincronizar de una tarjeta de sincronismo, encargada de proporcionar las señales necesarias para la BSR (Base Station Repeater, repetidor de la estación base) de cada zona.
El campo de aplicación de la invención se encuentra comprendido dentro del sector de las telecomunicaciones, y de forma más concreta, dentro del sector de los equipos de comunicaciones móviles.
Antecedentes de la invención
El procedimiento TETRA requiere condiciones exigentes de sincronización entre los diferentes elementos que lo componen. Las funcionalidades de Handover o Roaming, son algunas de las características que hacen que un sistema sea completamente síncrono.
El estándar TETRA ETS-300-392-0, en su aparato de sincronización en el interfaz aire, exige sincronizar para todos los canales que emitan en una misma red, con una precisión de ¼ de símbolo, es decir, con una precisión de 13.888 \mus.
Este requisito se hace necesario cuando se requieren funciones de Roaming, o cuando se pretende asignar desde un canal principal MCCH, un canal de otra portadora.
En consecuencia, es un procedimiento en el que todos los canales de todas las zonas, deben estar emitiendo la misma hipertrama, la misma multitrama, la misma trama, la misma ranura, y el mismo símbolo, al mismo tiempo.
Las temporizaciones exigidas por el estándar, son las que se exponen a continuación:
100
\hskip0.7cm
101
Por último, aunque no tiene contador puesto que a partir de aquí todo es repetitivo, se tiene que la hipertrama son 60 multitramas, durando por tanto un total de 61,2 segundos (60*1,02 segundos).
Resulta, pues, necesario que Nébula, como procedimiento TETRA, disponga de una estrategia de sincronismo basada en el uso de GPS. Además, junto con la sincronización, se precisan también altas estabilidades de los diferentes relojes internos incorporados dentro del diseño de la infraestructura Nébula o de la infraestructura según el estándar TETRA.
Se conocen algunos procedimientos de sincronización en el estado de la técnica, algunos de los cuales implementan soluciones que, en algún sentido, podrían considerarse relacionadas con el objeto propuesto. Así, el documento de patente PCT núm. WO 00/48354, da a conocer un procedimiento para estimar la sincronización, en el que una parte seleccionada de una señal recibida se compara con otra u otras secuencias de señales predeterminadas de referencia, estimando también la calidad de la señal recibida. La posición de sincronización se estima en base a la comparación y estimación de la calidad de la señal. Sin embargo, la solución propuesta por la invención, no se emplea para detectar la posición de sincronización de una señal recibida, sino más bien para lograr que el sistema de comunicación esté sincronizado.
Por otra parte, el documento de patente PCT núm. WO 00/07404 da a conocer un procedimiento para la sincronización de un sistema de telecomunicaciones en un sistema de comunicaciones móviles, que exige la sincronización entre el canal de control y el canal de transmisión en modo directo. El sistema incluye facilidades para permitir la conexión en modo directo entre móviles, por lo que el canal de control y el canal de modo directo deben estar sincronizados para la operación del procedimiento. La comunicación entre estaciones móviles y una estación de base, se realiza en modo de vigilancia dual y en modo de ahorro de energía, realizándose la transmisión tras comprobar que existe un modo económico determinado de energía. En esta invención no se alude en ningún momento a la sincronización de un sistema de comunicación.
Por último, el documento de patente PCT número WO 01/20818 describe un procedimiento de sincronización que consiste en conocer el tiempo introducido debido a la difusión o expansión de la señal de radio por el aire. En este documento la sincronización se obtiene comparando la referencia GPS recibida en el terminal móvil con la señal recibida desde la base. Mediante la corrección previa, el instante de tiempo en el que transmitió la estación base puede establecerse posteriormente. Se refiere a la sincronización de los terminales móviles y nunca se refiere a la sincronización de las estaciones de base de emplazamiento.
Sumario de la invención
La presente invención se refiere a un procedimiento alternativo de sincronización, con utilización de GPS, que cumple los requisitos establecidos por el estándar TETRA. Tal y como se ha indicado anteriormente, el procedimiento permite conocer en cualquier momento la situación en la que nos encontramos dentro de la cadena de contadores, permitiendo la sincronización de equipos puestos en marcha en distintos momentos, para lo que se establece un instante de referencia. Además, la invención permite una mayor libertad en la estructura de TETRA, al ser las BSRs los únicos elementos síncronos del sistema; las señales necesarias para las BSR de cada zona, son suministradas por medio de una tarjeta respectiva de sincronismo.
Con un procedimiento de sincronización de esta naturaleza, en el que no se precisa un procedimiento centralizado de sincronismo y además presenta independencia frente al Nodo Central, se proporcionan importantes ventajas, entre las que se citan como las más significativas:
-
Una reducción considerable de los costes, al utilizar simples dispositivos GPS;
-
Una reducción de la complejidad del mantenimiento con respecto a un procedimiento síncrono centralizado, y
-
La posibilidad de uso de enlaces asíncronos para unir el nodo con las zonas mediante elementos del mundo Networking.
Breve descripción de los dibujos
Estas y otras características y ventajas de la invención, se pondría más claramente de manifiesto a partir de la descripción detallada que sigue de una forma preferida de realización, dada únicamente a título de ejemplo ilustrativo y no limitativo, con referencia a los dibujos que se acompañan, en los que:
La figura 1 muestra una representación esquemática de la topología del sincronismo de la invención, y
La figura 2 es una representación esquemática, de la generación y transmisión de señales por parte de la tarjeta SYNC.
Descripción de un modo de realización preferente
Tal y como ha quedado establecido en lo que antecede, la solución propuesta por la presente invención consiste en el establecimiento de un instante inicial en el tiempo, con respecto al cual quedan referenciados todos los elementos del procedimiento Nébula o de la infraestructura según el estándar TETRA. A título de ejemplo, y con el fin de facilitar la comprensión de la descripción que sigue, se proporciona un instante de referencia, escogido aleatoriamente a efectos de la descripción, y que consiste en:
Instante de referencia: Las 00:00 horas del día 1 de enero del año 2.000.
A partir de este instante, se considera el inicio del primer cuarto de símbolo del primer símbolo de la primera ranura, de la primera ranura de tiempo de la primera trama de la primera multitrama de una hipertrama, que se hará repetitiva sin límite temporal.
Para poder conocer tiempo después de que haya pasado el instante de referencia, en qué situación nos encontramos dentro de toda la cadena de contadores, bastará solamente con disponer de un procedimiento que nos indique en el encendido de nuestro sistema, en qué hora y día se encuentra.
Con todas las exigencias expuestas, se hace necesario tener como referencia una señal horaria procedente de un receptor GPS, tal que permita, en una iniciación, preparar cada una de las tarjetas dependientes de estos temporizadores, de modo que se sincronicen.
Además de ello, se debe tener presente que el estándar exige tener una precisión a la hora de realizar la emisión, del orden de ¼ de símbolo como máximo desfase. Para conseguir esta precisión, se utiliza la salida PPS (1 Pulso Por Segundo) del receptor GPS, cuyo error es de 50 ns por cada PPS, para sincronizar continuamente con esta señal el contador que genera el tiempo del ¼ de símbolo.
Tal y como está constituida la infraestructura Nébula y debido al reparto de capas TETRA realizado en los elementos que la compone, solamente se exige el sincronismo en las portadoras TETRA o BSR.
A diferencia con otros sistemas conocidos, en los que los enlaces entre los Nodos y las Zonas deben ser síncronos, en el caso de Nébula no es necesario este requisito, puesto que cada portadora es independiente del resto del procedimiento, pero sin embargo es síncrona con el resto de portadoras debido al sistema escogido de sincronismo.
En la Figura 1 se muestra, de forma esquemática, una distribución de los elementos síncronos del procedimiento, materializada mediante bloques que representan:
1
- Zona SBS1
2
- Zona SBS2
3, 4
- Elementos síncronos BSR1, BSR2, del sistema asociados a las distintas zonas SBS1, SBS2.
5
- Tarjeta de sincronismo
6
- Nodo central SCN (Switching and Control Node, nodo de conmuctación y control) (asíncrono).
De acuerdo con la representación, puede observarse la distribución de elementos síncronos BSR (3, 4). La sincronización se realiza solamente en los elementos BSR, cuya operación dentro de la tarjeta de control RCPU (Repeater CPU, controlador del repetidor CPU) del repetidor TETRA, va a ser considerada en lo que sigue.
Como se comprenderá, dentro de cada zona SBS (Site Base Station) (1, 2) es necesaria siempre la presencia de una tarjeta (5) de sincronismos, que pueda suministrar las señales necesarias a las BSR (3, 4) pertenecientes a cada zona respectiva.
Con todo ello, siempre se requiere la presencia de un receptor GPS implícito en el diseño de la arquitectura de Nébula. Esto se soluciona con módulos de sincronismo MSYNC (Módulo de sincronismo ubicado dentro una BSR) y BSYNC (Módulo de sincronismo ubicado en rack MNI).
Eléctricamente, ambos módulos SYNC son iguales, cambiando solamente la mecánica para ubicarlos, ya sea en el Rack_MNI o ya sea en el Rack_BSR.
Si se observa la Figura 2, se puede ver una representación esquematizada de las señales generadas por la tarjeta SYNC y su transmisión a las BSR por medio de conectores RJ45 de sincronismos. En la figura, las referencias muestran:
7
- Módulo BSYNC o MSYNC
8
- Oscilador OCXO (10Mhz)
9
- Dispositivo GPS1
10
- Dispositivo GPS2
11
- Bus Vertical al Back-plane, que contiene dos cables para PPS diferencial, y 2 cables para el TXD del GPS
12
- Módulo RCPU
13
- Dispositivo de selección de GPS
14
- Elemento microprocesador
15
- Dispositivo DSP de recepción/transmisión de la portadora TETRA.
\vskip1.000000\baselineskip
Como se puede ver, la conexión eléctrica entre un módulo (7) BSYNC o MSYNC y la RCPU (12), se realiza a través de un bus que comprende cuatro líneas de las que dos líneas (16, 17) se utilizan para el envío de las tramas NMEA1 y NMEA2, mientras que las dos líneas (18, 19) se utilizan para las señales PPS1 y PPS2.
De acuerdo con lo anterior, las tramas NMEA son enviadas por la trasera de los Back-planes, ya sea como MNI o como BSR, para ser introducidas en las BSR (12) por medio de conectores RJ45 de sincronismos. Las señales viajan a través de dichos Back-planes del bastidor (rack) de las SBS, en forma de señales LVDS. Las líneas se conectan en cascada de una BSR (12) a otra, saltando mediante latiguillos de cables RJ45. Cada Back-plane incorpora un circuito regenerador de la señal LVDS, con la finalidad de que no se debilite la señal conforme va saltando por las distintas BSRs.
Se incorporan dos receptores GPS (9, 10) por redundancia del sistema. Ante la previsión del fallo de uno de ellos, se tomarían las señales del redundante. El segundo receptor debe ser considerado, en cualquier caso, como opcional, y en ningún caso como limitativo de la invención.
Dentro de la RCPU (12), los elementos encargados de hacer la sincronización y llevar las cuentas de los distintos contadores, serán cada uno de los dispositivos DSP (15) que componen la recepción y la transmisión de la portadora TETRA.
De acuerdo con la invención, sobre la señal NMEA1 (línea 16), se ha introducido la señal "Oven Alarm, Alarma Horno". El comportamiento de esta línea queda establecido de la siguiente manera:
-
Tras el encendido de la tarjeta (7) SYNC, la línea se encuentra a 0 V, indicando con ello que no se está generando, de momento, una señal estable de 10Mhz por parte del OCXO (8);
-
Después de un período de 2 minutos aproximadamente, cuando el horno ha alcanzado su temperatura de trabajo, se libera la señal "Oven Alarm", dejando la línea NMEA1 (16) a un nivel de 1 lógico, permitiendo así poder recibir las señales NMEA por dicha línea.
De lo anterior, se desprende claramente que la estabilidad del oscilador (8) es prioritaria para la sincronización.
El cálculo del sincronismo, se realiza como sigue:
Cuando se inicia una SBS (1, 2), el receptor GPS de la tarjeta (5) de sincronismo alojada en dicha SBS, comenzará a buscar aquellos satélites que tenga en cobertura, para obtener de ellos la información horaria que le permita generar las tramas NMEA 0183 con los campos de la hora rellenados.
Con esta información recibida por los DSP (15), se obtiene el número de segundos con los que se podría comenzar a sincronizar el sistema, cargando cada uno de los contadores el valor que corresponda, para sincronizar todas las tramas dentro de una BSR.
De este modo, una vez tomada la lectura y teniendo preparados los contadores, cuando se reciba el siguiente flanco de subida del receptor GPS de la señal PPS, ello indicará que comienza toda la cuenta y sincronización, 1 segundo después de la lectura de segundos obtenida en la lectura NMEA recién hecha.
Se debe resaltar que la precisión con la que se entrega el PPS, es de 50 ns. Esta circunstancia cubre las necesidades del estándar TETRA, el cual exige precisiones de 13,889 \mus.
A continuación se expone, a título indicativo, un ejemplo de cálculo de sincronismo, con el único fin de ilustrar la invención.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo de cálculo
Mediante el ejemplo que sigue, se va a explicar cómo se realiza la sincronización.
A este efecto, supóngase que se carga en el inicio de la señal LVDS del GPS, un valor de segundos de 5000 segundos.
\newpage
1.- Con estos valores, y tomando como referencia la hora 0:00 del día lunes de esa semana, podremos posicionarnos en la HIPERTRAMA encontrada en el segundo 5000.
5000 s/61,2 s (duración de una Hipertrama) = 81,699346 Hipertramas
Pero, para saber en qué parte de la Hipertrama estamos, se opera como sigue:
81,6699346 Hipertramas - 81 = 0,699346 Hipertramas
0, 699346 Hipertramas * 61,2 s por Hipertrama = 42,8 s
Esto indica que nos encontramos en el segundo 42,8 de Hipertrama. Si se tiene en cuenta que el sincronismo se realiza cuando llegue el siguiente PPS, todos los cálculos de los contadores se realizarán entonces para un segundo más tarde, es decir, a 43,8 segundos de Hipertrama realizaremos el arranque del sistema.
2.- Teniendo en cuenta que en una Hipertrama hay 60 Multitramas, se puede calcular en qué Multitrama nos encontramos en el momento del sincronismo. Para ello, se establecerá la siguiente proporción:
Si 60 Multitramas duran 61,2 segundos : X multitramas duran 43,8 segundos;
X = \frac{60*43,8}{61,2} = 42,941176 Multitramas
Es decir, el momento del sincronismo se produce en la trama 43, puesto que la 42 ha pasado entera y nos encontramos en la fracción de trama siguiente. Entonces, se verifica que el contador
MN = 43
3. - A continuación, se calculará en qué trama, dentro de la multitrama, se iniciará el procedimiento. Para este cálculo, se debe tener presente que una multitrama comprende 18 tramas:
0,941176 partes de multitrama * 18 tramas por multitrama = 16,941168, siendo ésta la trama en que nos encontramos en el momento del sincronismo, es decir, en el tiempo de la trama 17,
FN = 17
4. - Para calcular la ranura de tiempo en que estaremos en el momento de la sincronización, se ha de tener presente que una trama tiene 4 ranuras de tiempo. Así:
0,941168 partes de trama * 4 ranuras de tiempo por trama = 3,764672 ranuras de tiempo, lo que indica que estaremos en la ranura de tiempo 4 en el momento de la sincronización,
TN = 4
5. - Continuando hacia abajo, se puede ver cómo sincronizar el Símbolo que debe emitirse en ese instante:
0,764672 partes de ranuras de tiempo * 225 símbolos por ranura de tiempo = 195. Con resto 0.
SN = 195.
Analizando el resultado de la carga de los contadores, se observa que el tiempo de símbolo es múltiplo de 1 segundo, con lo que siempre se obtendrá el contador SN con resto a cero.
El INSTANTE DE SINCRONIZACIÓN se producirá cuando, una vez iniciados los contadores, el procedimiento reciba el siguiente PPS procedente del receptor GPS, con el que a partir del mismo comenzará a incrementar el contador el ¼ de símbolo de valor 13,888 \mus.
De este modo se consigue que, con un equipo encendido el lunes, y otro encendido el martes, éste último se encienda emitiendo sincronizadamente, con los contadores en posición idéntica al primero.
\newpage
Para mantener el sincronismo después de una inicialización, se deberá atender mediante una interrupción a cada PPS que nos llegue para poner a cero el contador QN a nivel de ¼ de símbolo, cuyo valor máximo puede llegar a ser de 1020. De este modo se consigue tener sincronizado todo el procedimiento, precisando para ello solamente estas dos señales.
Ahora bien, hasta ahora se ha visto la manera de sincronizar el sistema en una semana, en base a una suma sustancial de segundos.
Si se comprueban los segundos que hay en una semana:
60 s (por minuto) * 60 m (por hora) * 24 h (por día) * 7 días (en una semana) = 604800 segundos en una semana.
Si se divide este valor por el tiempo que le cuesta a la señalización TETRA cumplir un ciclo completo, o sea, una Hipertrama:
604800 s/61,2 s = 9882,3529...
Se puede observar que el tiempo Hipertrama no es un múltiplo por semana, sino que, al multiplicar por 17, se obtiene un valor entero. Por tanto, se necesitan 17 semanas para cerrar un ciclo completo de Hipertramas que se pueden repetir en el tiempo. Ello permite establecer que:
Si se inicia una Hipertrama un Lunes a las 0:00 h de la mañana, tendrán que pasar 17 semanas completas para que volvamos a tener de nuevo el inicio de la Hipertrama coincidiendo con el inicio de la semana.
Entonces, será necesario obtener, en el inicio, el número de segundos que llevamos dentro de las 17 semanas en las que se hace periódica la Hipertrama. Para ello, se deberá preparar un calendario que proporcione el número de días correctos desde una fecha concreta, como podría ser el 1 de Enero de 2000 en el ejemplo considerado.
Todas las BSRs pertenecientes a Nébula, se sincronizarán contando en el que el inicio de una Hipertrama se produjo en esa fecha.
En lo que antecede se ha descrito una forma preferida de realización del procedimiento de sincronización preconizado por la invención, según ha sido concebido. Sin embargo, los expertos en la materia comprenderán que dentro de su esencialidad, podrán introducirse variaciones y modificaciones de detalle, sin que ello suponga apartarse del alcance de la invención que se reivindica a continuación.

Claims (8)

1. Procedimiento de sincronización para la infraestructura TETRA para un sistema TETRA que comprende al menos dos zonas (1, 2) de estación base de emplazamiento, comprendiendo cada una un repetidor (3, 4) de estación base previsto para conocer en todo momento la situación en la que nos encontramos y para permitir una sincronización entre equipos independientemente del instante en el que empiezan a funcionar, caracterizado porque consiste en:
-
predefinir un instante inicial arbitrario en el tiempo al que todos los elementos del sistema están asociados para su sincronización con un nivel de precisión de ¼ de símbolo según los estándares TETRA,
-
hacer que este instante de referencia constituya el inicio del primer cuarto de símbolo para el primer símbolo de la primera ranura de tiempo de la primera trama de la primera multitrama de una hipertrama, haciéndose todas repetitivas sin ningún limite de tiempo,
-
reconocer el tiempo transcurrido entre dicho instante de referencia y el día y la hora de encendido de un repetidor de una estación base mediante medios que incluyen un receptor (9) GPS que permite, mediante una iniciación, la sincronización de las tarjetas (12) de control de CPU de repetidor y,
-
sincronizar las tarjetas (12) de control de CPU de repetidor en el repetidor (3, 4) de estación base dependiendo del tiempo transcurrido y las señales desde el receptor (9) GPS.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque, en una forma de implementación, cada una de las zonas SBS (1, 2) a sincronizar, ubicadas en distintos emplazamientos físicos, incluye elementos BSR síncronos (3, 4) relacionadas con una tarjeta (5) de sincronismo encargada de suministrar las señales necesarias a los elementos BSR (3, 4), y estando dichas zonas SBS (1, 2) relacionadas con un nodo central SNC (6) asíncrono.
3. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque cada tarjeta (5) de sincronismo incluida en módulo de sincronismo (/) incorpora un oscilador OCXO (8) interno, estable, a una frecuencia de 10 MHz, y al menos un receptor (9) GPS, en conexión con un módulo RCPU (12) a través de un bus (11) vertical compuesto por 4 cables, de los que dos cables se destinan al envío de tramas NMEA y los otros dos cables se destinan al envío de 1 PPS diferencial.
4. Procedimiento según la reivindicación 3, caracterizado porque el módulo de sincronismo (7) comprende, con preferencia, un segundo receptor GPS (10) redundante.
5. Procedimiento según la reivindicación 3, caracterizado porque el módulo (12) RCPU incorpora un dispositivo (13) de selección de receptor GPS (9, 10), un microprocesador (14), y dispositivos PPS (15) encargados de componer la recepción y la transmisión de la portadora TETRA.
6. Procedimiento según una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se utiliza la salida PPS (1 pulso por segundo) del receptor GPS (8, 9), cuyo error es de 50 ns por cada PPS, para sincronizar continuamente con esta señal el contador encargado de generar el tiempo de ¼ de símbolo.
7. Procedimiento según una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la sincronización del sistema se realiza 1 segundo después de una lectura de segundos obtenida mediante la lectura NMEA realizada por el receptor GPS de una zona SBS (1, 2) sobre cualquiera de los satélites a su alcance, para la obtención de la información horaria que le permita generar las tramas NMEA con los campos horarios rellenados.
8. Procedimiento según una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizado además porque las líneas de conexión desde un elemento síncrono BSR (12) a otro, se disponen en cascada, habiéndose previsto la incorporación en cada back-plane de un circuito regenerador de señal destinado a impedir que la señal se debilite conforme va saltando por las distintas BSRs.
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