ES2306290T3 - Procedimiento de medicion de una distancia entre dos equipos de radiocomunicacion, y equipo adaptado para poner en practica tal procedimiento. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de medición de una distancia entre dos equipos de radiocomunicación (1, 2), que comprende las etapas siguientes: a- por un primero de los dos equipos (1): emisión de una señal de radio (REQ) de solicitud de medición de un plazo de intercambio entre los dos equipos; b- por el segundo equipo (2): recepción de la señal de solicitud y, después de un plazo intermedio (Tw) conocido por los dos equipos, envío de una señal radio de acuse de recepción (ACK); y c- por el primer equipo (1): - recepción de la señal de acuse de recepción; - medición de la duración (T EXCH) entre la emisión de la señal de solicitud (REQ) y la recepción de la señal de acuse de recepción (ACK), luego memorización de dicha duración como plazo de intercambio; y - cálculo de un primer tiempo de vuelo (T OF1) de las señales de solicitud y de acuse de recepción a partir del plazo de intercambio (T EXCH) y del plazo intermedio (T W), caracterizado porque el procedimiento comprende además una emisión, por el segundo equipo (2), de una trama de sondeo del canal (CMF) adaptada de manera que el primer equipo (1): - determine, a partir de diferentes señales de radio recibidas que corresponden a la trama de sondeo del canal, una diferencia de tiempo de vuelo (DeltaTOF) entre una vía de propagación correspondiente a dicho primer tiempo de vuelo (TOF1) y la vía de propagación más corta seguida por las señales de radio transmitidas entre los dos equipos (1,2); y - calcule un segundo tiempo de vuelo (TOF2) a partir del primer tiempo de vuelo (TOF1) y de la diferencia de tiempo de vuelo (DeltaTOF).
Description
Procedimiento de medición de una distancia entre
dos equipos de radiocomunicación, y equipo adaptado para poner en
práctica tal procedimiento.
\global\parskip0.900000\baselineskip
La presente invención se refiere a un
procedimiento de medición de una distancia entre dos equipos de
radiocomunicación, así como a un equipo adaptado para poner en
práctica tal procedimiento.
Frecuentemente resulta útil conocer la posición
de un equipo de radiocomunicación. Este es el caso, en particular,
cuando deben ser transmitidas informaciones contextuales, es decir
cuya pertinencia depende del sitio donde se encuentra el usuario
del equipo. Este es también el caso cuando un equipo móvil de
radiocomunicación está conectado a una red reticulada o a una red
"ad hoc" que utiliza un algoritmo de envío basado en la
posición del equipo móvil. Se entiende por red "ad hoc"
una red de transmisión capaz de tener en cuenta modificaciones de
la misma de una forma autónoma, es decir sin intervención externa.
Redes de radio desplegadas para determinar la posición de equipos
móviles que tienen etiquetas electrónicas individuales, o para
guiar un portador de un equipo móvil en un sitio determinado son
otros ejemplos de aplicaciones en las cuales la invención puede ser
aplicada.
Existen ya varios métodos, que permiten
determinar el sitio en el que se encuentra un equipo de
radiocomunicación. Entre estos, los métodos por triangulación
necesitan memorizar una tarjeta de estaciones de radio de referencia
cuyas posiciones son incluidas en un repertorio. Otros métodos
están basados en la medición de la potencia de recepción de una
señal de radio, pero estos necesitan aplicar una escala de potencias
de emisión de radio graduadas. Tales métodos requieren por
consiguiente medios de memorización, de medición y/o de control que
son complejos.
También es conocido estimar una distancia entre
dos equipos de radiocomunicación al determinar una duración de
propagación de señales de radio transmitidas entre ellas. Tal
duración es llamada tiempo de vuelo, o "time of flight" en
inglés, y es determinada de la siguiente forma:
- -
- un primer equipo emite una señal de radio de solicitud de medición de distancia y activa simultáneamente un cronómetro interno en ese equipo;
- -
- un segundo equipo recibe la señal de solicitud y, después de un plazo intermedio conocido por los dos equipos, envía una señal de radio de acuse de recepción al primer equipo; y
- -
- el primer equipo interrumpe el cronometraje cuando recibe la señal de acuse de recepción.
La distancia entre los dos equipos es entonces
estimada al sustraer el plazo intermedio de la duración
cronometrada, y al dividir la duración residual obtenida entre dos
veces la velocidad de propagación de las señales de radio. Tal
procedimiento de medición de una distancia entre dos equipos de
radiocomunicación es divulgado en el documento WO02/063327. Tal
método de estimación de la distancia es relativamente exacto cuando
los dos equipos están alejados uno del otro, y cuando las señales
de radio se propagan en línea recta entre ellos. Pero, cuando los
dos equipos están suficientemente próximos uno del otro, la
precisión de una estimación de la distancia así obtenida resulta
muy afectada por una incertidumbre que se basa en el plazo
intermedio entre la recepción de la solicitud por el segundo equipo
y la emisión de la señal de acuse de recepción por éste.
Además, cuando existen varias vías de
propagación entre los dos equipos, es decir en caso de diversidad
espacial, la distancia estimada no corresponde necesariamente a la
distancia entre los dos equipos que es medida en línea recta. La
misma corresponde más frecuentemente a la vía de propagación que es
seguida por una parte principal de la energía de las señales de
radio transmitidas. Cuando una parte significativa de la energía de
las señales de radio sufre al menos una reflexión entre los dos
equipos, el resultado de la estimación de distancia que es obtenido
puede ser muy superior al valor real de la distancia entre los dos
equipos, que es medida en línea recta.
Para obtener una estimación de la distancia en
línea recta que separa a dos equipos, son utilizadas tramas de
sondeo del canal para cada una de las señales de solicitud y de
acuse de recepción que son transmitidas para determinar el tiempo
de vuelo de las señales de radio. Tales tramas de sondeo del canal
son bien conocidas. Su estructura permite determinar diferencias
entre tiempos de vuelo de señales de radio que siguen vías de
propagación distintas. La misma permite también detectar la más
corta de las vías de propagación seguidas a partir del equipo
emisor por una parte de la energía de la señal de radio. La
distancia es entonces estimada de acuerdo con el tiempo de vuelo de
las señales de solicitud y de acuse de recepción que corresponde a
la vía de propagación más corta entre los dos equipos. Para la
mayoría de las configuraciones de medio de propagación, el
resultado obtenido corresponde a la medición de la distancia en
línea recta. Todos los eventos ulteriores que intervienen en el
seno de cada equipo para la comunicación en cues-
tión son entonces señalados en relación con la duración de propagación más corta entre los dos equipos de radio.
tión son entonces señalados en relación con la duración de propagación más corta entre los dos equipos de radio.
Ahora bien una trama de sondeo del canal es
particularmente larga, en comparación con una trama de comunicación.
Por consiguiente, un método de medición de distancia basado en un
intercambio de tramas de sondeo del canal tal como es descrito
anteriormente, presenta los siguientes inconvenientes:
- -
- en total son emitidas dos tramas de sondeo del canal, lo que corresponde a una cantidad de energía significativa consumida en los equipos de radiocomunicación. Tal consumo de energía resulta desventajoso en el caso de equipos móviles autónomos con alimentación energética;
\global\parskip1.000000\baselineskip
- -
- cada trama de sondeo del canal necesita un tiempo significativo de construcción y de transmisión de ésta. Si el equipo al cual tal trama está destinada no está disponible, se pierde la energía consumida en el equipo emisor y el recurso de radio utilizado para transmitir la trama;
- -
- el plazo intermedio entre la recepción de la trama de solicitud y la emisión de la trama de acuse de recepción debe ser superior a la duración de la construcción de la trama de sondeo del canal que es utilizada para la señal de acuse de recepción. Por consiguiente este es largo, lo que genera una imprecisión en la estimación de la distancia entre los dos equipos cuando el reloj interno de al menos uno de los dos equipos es susceptible de derivar. Tal imprecisión puede generar un error significativo en la estimación del tiempo de vuelo para dos equipos de radio próximos uno del otro;
- -
- para permitir la medición del tiempo de vuelo de las tramas, el terminal receptor de la trama de solicitud moviliza con autoridad el recurso de radio al expirar el plazo intermedio para transmitir la trama de acuse de recepción. Tal preeminencia del recurso de radio debe intervenir al término de dicho plazo intermedio, con un retardo máximo del orden del nanosegundo, solamente. Para esto, otras comunicaciones que hacen que el equipo emisor de la trama de acuse de recepción intervenga deben ser eventualmente interrumpidas. De esto resulta una perturbación que es tanto más significativa como larga es la trama de acuse de recepción;
- -
- finalmente, la comunicación es seguida de acuerdo con señales de radio recibidas por cada equipo que siguen la vía de propagación más corta. Estas señales pueden corresponder a una energía de recepción mucho más débil que la de señales transmitidas por otra vía de propagación. La comunicación presenta entonces un nivel de seguridad inferior al que resultaría de la utilización de señales de radio recibidas con una energía superior.
Sería posible paliar este último inconveniente
colocando dos receptores en el seno de cada equipo de radio. El
primer receptor podría ser sincronizado de acuerdo con las señales
de radio recibidas que corresponden a la vía de propagación más
corta, y el segundo receptor podría ser sincronizado de acuerdo con
las señales de radio que presentan la energía más grande en la
recepción. Pero el equipo sería entonces complejo y poseería un
consumo energético elevado.
Una finalidad de la presente invención consiste
por consiguiente en proponer un procedimiento de medición de la
distancia entre dos equipos de radiocomunicación para el cual los
inconvenientes citados anteriormente sean menores.
Para esto, la invención propone un procedimiento
de medición de una distancia entre dos equipos de radiocomunicación,
que comprende las etapas siguientes:
- a-
- por un primero de los dos equipos: emisión de una señal de radio de solicitud de medición de un plazo de intercambio entre los dos equipos;
- b-
- por el segundo equipo: recepción de la señal de solicitud y, después de un plazo intermedio conocido por los dos equipos, envío de una señal de radio de acuse de recepción; y
- c-
- por el primer equipo:
- -
- recepción de la señal de acuse de recepción;
- -
- medición de la duración entre la emisión de la señal de solicitud y la recepción de la señal de acuse de recepción, luego memorización de dicha duración como plazo de intercambio; y
- -
- cálculo de un primer tiempo de vuelo de las señales de solicitud y de acuse de recepción a partir del plazo de intercambio y del plazo intermedio.
Además, el procedimiento comprende una emisión,
por el segundo equipo, de una trama de sondeo del canal adaptada de
manera que el primer equipo determina, a partir de diferentes
señales de radio recibidas que corresponden a la trama de sondeo
del canal, una diferencia de tiempo de vuelo entre un vía de
propagación correspondiente a dicho primer tiempo de vuelo y la vía
de propagación más corta seguida por señales de radio transmitidas
entre los dos equipos. El primer equipo calcula luego un segundo
tiempo de vuelo a partir del primer tiempo de vuelo y de la
diferencia de tiempo de vuelo.
Así, un procedimiento de acuerdo con la
invención comprende dos fases distintas. La primera fase consiste
en la medición de la duración entre la emisión de la señal de
solicitud y la recepción de la señal de acuse de recepción por el
primer equipo. Al fijar de una forma apropiada un umbral de
detección de energía, la sincronización del primer equipo durante
una recepción ulterior de señales emitidas por el segundo equipo
puede ser efectuada mediante una vía de propagación entre los dos
equipos que es seguida por una parte significativa, es decir la
parte principal, de la energía de las señales de radio transmitidas
de solicitud y/o de acuse de recepción. Así, la medición de la
duración entre la emisión de la señal de solicitud y la recepción de
la señal de acuse de recepción puede ser efectuada con un primer
equipo sincronizado mediante la vía de propagación entre los dos
equipos que es seguida por una parte significativa, es decir la
parte principal, de la energía de las señales de radio
transmitidas. En particular, una transmisión de datos entre los dos
equipos puede así estar basada en señales recibidas con una energía
significativa. La misma resulta entonces más segura y más
confiable.
Eventualmente, la longitud de la vía de
propagación que está asociada a la duración de intercambio
memorizada puede ser estimada al calcular el tiempo de vuelo que
corresponde a las señales. Ella constituye una primera estimación
de la distancia entre los dos equipos.
Durante la primera fase del procedimiento, las
señales de radio de solicitud de medición del plazo de intercambio
y de acuse de recepción son ventajosamente cortas. En particular,
una al menos de estas señales puede comprender una trama corta, y
en particular más corta que una trama de sondeo del canal. Esta
señal de radio puede entonces ser rápidamente construida y
transmitida por el equipo correspondiente, con un consumo de energía
durante estas etapas y una movilización de recursos de radio que
son reducidos.
Además, una construcción más rápida de la señal
de acuse de recepción permite utilizar un plazo intermedio corto,
entre la recepción de la señal de solicitud y la emisión de la señal
de acuse de recepción por el segundo equipo. La determinación del
tiempo de vuelo de la etapa c es por consiguiente más precisa,
incluso si reloj interno de uno de los equipos es susceptible de
derivar. Esta precisión superior concierne en particular a las
situaciones de acuerdo con las cuales los dos equipos son
relativamente próximos uno del otro.
Otra ventaja resulta de la longitud reducida de
la señal de acuse de recepción. Para obtener una medición precisa
del plazo de intercambio, el mensaje de acuse de recepción es
emitido por el segundo equipo al movilizar con autoridad el recurso
de radio, es decir sin utilizar el administrador de acceso múltiple
del segundo equipo. La perturbación de otras comunicaciones que
hacen intervenir al segundo equipo es entonces tanto más débil como
de corta duración es esta movilización.
La segunda fase del procedimiento permite
determinar el tiempo de vuelo de las señales de radio transmitidas
de acuerdo con la vía de propagación más corta entre los dos
equipos, a partir de la duración de intercambio memorizada durante
la primera fase. Esta segunda fase solo requiere la construcción y
la emisión de una única trama de sondeo del canal, ejecutadas por
el segundo equipo. El rol del primer equipo es entonces limitado en
el análisis de la trama de sondeo del canal que él recibe. La
energía total consumida en los dos equipos para determinar la
distancia de separación entre ellos resulta por consiguiente
reducida.
Para la mayoría de las configuraciones del
centro de transmisión de radio presente entre los dos equipos, el
tiempo de vuelo más corto identificado por el primer equipo de
acuerdo con la trama de sondeo del canal corresponde a una
propagación en línea recta. La longitud de la distancia de
separación entre los dos equipos medida en línea recta, puede
entonces ser calculada al dividir el tiempo de vuelo más corto
identificado por la velocidad de propagación de las señales de
radio.
La segunda fase de un procedimiento de acuerdo
con la invención, es decir, la determinación del tiempo de vuelo
correspondiente a la vía de propagación más corta, no es
necesariamente ejecutada inmediatamente después de la primera fase.
Ella puede ser ejecutada con un plazo de espera después de ésta, con
la condición de que el canal de transmisión de radio permanezca
estacionario entre las dos fases del procedimiento. El canal es
llamado estacionario cuando los dos equipos permanecen sensiblemente
inmóviles y cuando el medio de transmisión en el cual se propagan
las señales de radio presenta características sensiblemente
constantes. A modo de ilustración, la trama de sondeo del canal
puede ser emitida por el segundo equipo una decena de milisegundos
después de la emisión de la señal de acuse de recepción, en función
de la disponibilidad del canal de emisión de la trama de sondeo del
canal. Se puede así reducir la perturbación provocada por otras
comunicaciones que hacen intervenir al segundo equipo, esperando
que el administrador de acceso múltiple del segundo equipo indique
que un intervalo de tiempo suficiente está disponible para
transmitir la trama de sondeo del canal.
Finalmente, cuando el segundo equipo no está en
condición para proceder a la medición de distancia, éste no emite
la trama de sondeo del canal. Ningún recurso de radio ni cantidad de
energía significativas son entonces consumidos inútilmente. Razones
por las cuales el segundo equipo no está en condición para proceder
a la medición de distancia son, por ejemplo, que éste se encuentre
fuera del alcance de radio del equipo emisor de la solicitud de
medida, o que el segundo equipo no posea todos los componentes
necesarios para la puesta en práctica del procedimiento de
medición, o que no disponga de todos los parámetros necesarios para
esta puesta en práctica.
La invención se refiere además a un equipo de
radiocomunicación adaptado para poner en práctica las etapas
ejecutadas por el primer y/o el segundo de los dos equipos de un
procedimiento de medición de distancia entre dos equipos tal como
es descrito anteriormente.
La misma se refiere también a un sistema de
comunicación que comprende al menos dos de esos equipos. La
distancia de separación entre estos dos equipos puede ser
determinada con un nivel de precisión y una exactitud superior. Se
entiende por exactitud el hecho de que la longitud de la vía de
propagación que es estimada corresponde efectivamente a una
medición en línea recta de la distancia entre los dos equipos.
Además, comunicaciones vehiculadas en un sistema de este tipo son
interrumpidas con menos frecuencia para medir plazos de intercambio
movilizando de forma autoritaria recursos de radio.
Otras particularidades y ventajas de la presente
invención aparecerán en la descripción que sigue de un ejemplo de
puesta en práctica no limitativo, en referencia a los dibujos
anexados, en los cuales:
- la figura 1 ilustra un sistema de
radiocomunicación destinado a utilizar un procedimiento de acuerdo
con la invención; y
- la figura 2 es un diagrama cronológico de las
diferentes etapas de un procedimiento de acuerdo con la
invención.
Conforme a la figura 1, un sistema de
comunicación comprende un conjunto de equipos
emisores-receptores de radio, de los cuales tres de
ellos son de referencia 1, 2 y 3. Cada
emisor-receptor puede constituir la interface de
radio de un sensor que forma parte, por ejemplo de un sistema de
administración demótico. Para ese tipo de aplicación, algunos
sensores pueden estar dedicados a mediciones térmicas, otros a la
identificación del estado de las unidades de control de elementos
de calentamiento, etc. Puede tratarse de un sistema "ad
hoc", que administra él mismo las secuencias de comunicación
entre los diferentes sensores. Este puede ser, en particular, un
sistema de tipo Bluetooth conocido por el hombre del arte. Las
curvas 10, 20 y 30 marcadas con líneas de punto en la figura
indican esquemáticamente los límites de los alcances respectivos de
los equipos 1, 2 y 3. Así, el equipo 2 puede comunicar con cada uno
de los equipos 1 y 3, mientras que estos últimos están fuera del
alcance de radio uno del otro.
La figura 2 indica las diferentes acciones
ejecutadas en el seno de los equipos 1 y 2 cuando el equipo 1 inicia
una comunicación de radio con el equipo 2. El eje vertical
descendiente corresponde a una coordenada temporal, denotada t. En
primer lugar, el equipo 1 envía una solicitud, denotada REQ, con
destino al equipo 2. Esta solicitud puede poseer una doble función.
La misma puede indicar al equipo 2 que una comunicación es
solicitada por el equipo 1. Además, si la comunicación es aceptada
por el equipo 2, la solicitud REQ inicia una medición del plazo de
intercambio de señales de radio transmitidas entre los equipos 1 y
2.
El equipo 1 señala el instante de emisión de las
señales de radio de la solicitud REQ con respecto a un reloj
interno en ese equipo. Este memoriza entonces ese instante.
Cuando el equipo 2 recibe la solicitud REQ, este
puede ya sea rechazar la comunicación, ya sea aceptarla. Si este la
acepta, el mismo responde dirigiendo una señal de acuse de recepción
ACK al equipo 1. La detección y la recepción de las señales de
radio por cada uno de los equipos 1 y 2 son ejecutadas de una forma
conocida y no retomada aquí.
El equipo 2 transmite la señal ACK después de
una duración de espera determinada, contada a partir de la recepción
de la solicitud REQ. Esta duración de espera es fijada por el
constructor de los equipos y memorizada en el seno de cada una de
ellos. La misma es denotada T_{w} y llamada plazo intermedio. Esta
permite principalmente a un equipo que recibe una solicitud
mientras que él está en modo de vigilia en el momento de la
recepción, pasar a modo de emisión. Además, la trama de la señal
ACK está preparada durante el plazo T_{w}.
La señal ACK es transmitida sin acudir al
administrador de acceso múltiple del equipo 2. Dicho de otra manera,
al final del plazo intermedio T_{w}, el equipo 2 interrumpe toda
emisión o recepción de señales de radio eventualmente en curso para
emitir la señal ACK. Una interrupción de la emisión o de la
recepción de este tipo puede referirse, por ejemplo a una
comunicación entre el equipo 2 y el equipo 3. De esta forma, la
duración entre la recepción de la solicitud REQ y la emisión de la
señal ACK por el equipo 2 es conocida con precisión por el equipo
1: esta es igual al plazo T_{w}. Puede ser necesario interrumpir
toda comunicación eventualmente en curso entre los equipos 2 y 3
porque, a causa de los alcances limitados 10 y 30 de los equipos 1 y
3, el equipo 1 no puede detectar la existencia de este tipo de
comunicación en curso para conocer el instante de emisión de la
señal ACK mediante el equipo 2.
Cuando el equipo 1 recibe la señal de radio ACK,
el mismo señala el instante de esta recepción en relación con su
reloj interno. El mismo determina entonces la duración transcurrida
desde el instante memorizado de la emisión de la solicitud REQ,
hasta el instante de recepción de la señal ACK. Esta duración es
llamada duración de intercambio de señales de radio entre los
equipos 1 y 2, y denotada T_{EXCH}. La misma es memorizada en el
seno del equipo 1 para sincronizar el equipo 1 con respecto a las
señales de radio de comunicación transmitidas ulteriormente por
el
equipo 2.
equipo 2.
El equipo 1 calcula entonces un tiempo de vuelo
T_{OF1} (T_{OF} por "Time Of Flight" en inglés) de las
señales REQ y ACK de acuerdo con la fórmula (1) siguiente:
(1)T_{OF1} =
0,5 x (T_{EXCH} -
T_{w})
Una longitud de las vías recorridas por las
señales REQ y ACK puede además ser calculada, al dividir T_{OF1}
por la velocidad de propagación de las señales de radio entre los
equipos del sistema. Esta velocidad es igual a 3.10^{8}
m.s^{-1}.
Al menos una de las señales de radio de
solicitud REQ y de acuse de recepción ACK puede comprender una trama
de comunicación. Por tanto estas señales son cortas, en particular
cuando no comprenden carga útil ("payload" en inglés). En este
caso, su procesamiento en el seno de cada uno de los equipos 1 y 2
puede ser efectuado lo más próximo a la capa física. Por
consiguiente este procesamiento es rápido y solo genera un bajo
consumo de energía en cada equipo.
Además, la corta longitud de la señal ACK reduce
el riesgo de perturbación de eventuales comunicaciones entre los
equipos 2 y 3. Eventualmente, esta también puede permitir reducir el
plazo intermedio T_{w} de manera que la medición del plazo de
intercambio T_{EXCH} sea menos afectada por una deriva del reloj
interno de uno de los dos equipos 1 y 2.
El intercambio de las señales REQ y ACK y el
cálculo de T_{OF1} constituyen la primera fase del procedimiento
de medición de la distancia entre los equipos 1 y 2. Esta primera
fase corresponde a las etapas a a c introducidas en la parte
general de la descripción, y es denominada como fase 1 en la figura
2.
Eventualmente, la fase 1 del procedimiento puede
ser repetida (fase 1bis indicada en la figura 2). En cada nueva
ejecución de la fase 1, es actualizado el tiempo de vuelo T_{OF1}.
Eventualmente, el tiempo de vuelo T_{OF1} calculado durante una
repetición de la fase 1 puede tener en cuenta varios plazos de
intercambio memorizados durante ejecuciones anteriores de la fase
1. Por ejemplo, el plazo de intercambio utilizado en la fórmula (1)
puede ser una media de los plazos de intercambios memorizados. La
estimación de T_{OF1} que resulta de esto es más precisa.
Una diferencia entre valores T_{OF1} obtenidos
durante dos ejecuciones sucesivas de la fase 1 puede indicar que el
canal de transmisión no es estacionario. La fase 1 puede entonces
ser repetida de nuevo hasta obtener valores sucesivos de T_{OF1}
casi idénticos, que indican que el canal ha devenido estacionario.
En este caso, el procedimiento es proseguido a partir de los
últimos valores de T_{OF1} que indican que el canal es
estacionario.
La vía de propagación seguida por las señales
REQ y ACK puede ya sea unir los equipos 1 y 2 en línea recta (vía
C1 indicado en la figura 1), ya sea unirlos con al menos una
reflexión intermedia. La vía C2 indicada en la figura 1 presenta
una reflexión sobre una pared 100, por ejemplo en metal. A causa de
esta reflexión, la vía C2 es más larga que la vía C1. El tiempo de
vuelo T_{OF1} corresponde en general al de las vías de
propagación C1 y C2 que es seguido por una parte principal de la
energía de las señales de radio REQ y ACK.
La segunda fase del procedimiento de medición de
la distancia entre los equipos 1 y 2 es entonces ejecutada (fase 2
en la figura 2). El equipo 2 transmite una trama de sondeo del
canal, denominada CMF por "Channel Measurement Frame" en
inglés, con destino al equipo 1. En una variante ventajosa de la
invención, esta transmisión de la trama CMF es ejecutada respetando
el acceso múltiple en el seno del equipo 2. Para esto, la trama 2
es transmitida cuando el administrador de acceso múltiple del equipo
2 identifica la posibilidad de disponer de un tiempo de transmisión
suficiente por el canal utilizado para la señal ACK. El equipo 1
analiza entonces el conjunto de las señales de radio recibidas que
corresponden a la trama CMF. La estructura de una trama de sondeo
del canal, así como el modo de análisis de ésta son supuestamente
conocidos, y no son retomados en detalle aquí. El equipo 1
identifica inicialmente una primera parte de la señal de radio
recibida como correspondiente a una porción de la trama CMF que ha
seguido la misma vía de propagación que la señal de acuse de
recepción ACK de la fase 1. Esta identificación puede resultar de
una comparación entre el nivel de energía de la primera parte de
señal recibida correspondiente a la porción de trama CMF y el de la
señal ACK recibida. El equipo 1 busca luego si una segunda parte de
señal de radio recibida no corresponde también a una porción de la
trama CMF, que ha seguido una vía de propagación más corta que la de
la primera parte de señal de radio. Esta búsqueda es ejecutada al
combinar una selección de partes de la señal de radio recibida por
el equipo 1, efectuada por medio de un umbral de energía de
recepción variable, y un reconocimiento de porciones de trama CMF.
El equipo 1 deduce de esto una diferencia de tiempo de vuelo entre
la vía de propagación seguida por la señala ACK y un vía más corta
cuya existencia es detectada de acuerdo con la señal de radio
recibida correspondiente a la trama CMF. Esta diferencia es
denominada \DeltaT_{OF}.
Cuando son detectadas varias vías más cortas que
la seguida por la señal ACK, el equipo 1 selecciona aquella de
entre ellas que resulta la más corta, es decir que está asociada al
mayor valor de \DeltaT_{OF}.
El equipo 1 calcula luego el tiempo de vuelo de
las señales transmitidas entre los dos equipos 1 y 2 de acuerdo con
la vía de propagación más corta por la fórmula (2) que aparece a
continuación. Este tiempo de vuelo de acuerdo con la vía más corta
es denominada T_{OF2}.
(2)T_{OF2 } =
T_{OF1} -
\DeltaT_{OF}
T_{OF2} es una medida de la longitud de la vía
de propagación más corta. Esta longitud puede ser expresada en
metros, dividiendo T_{OF2} entre la velocidad de propagación de
las señales de radio entre los equipos del sistema. Ella
corresponde más frecuentemente, igual que T_{OF2}, a una
propagación en línea recta de las señales de radio entre los
equipos 1 y 2 (vía C1 en la figura 1).
Es posible que la vía de propagación seguida por
la señal ACK de la fase 1 sea la que es más corta. En este caso, el
análisis de las señales de radio recibidas por el equipo 1 que
corresponden a la trama de sondeo del canal CMF no revela ninguna
vía más corta. La fase 2 conduce entonces a un valor nulo de
\DeltaT_{OF}.
Por consiguiente la fase 2 del procedimiento
puede incluir solo una única medición del canal. La fase 1, puesto
que ella no comprende ninguna otra, puede ser ejecutada
rápidamente.
De acuerdo con un primer perfeccionamiento de la
invención, el procedimiento puede incluir además la emisión, por el
equipo 1 con destino al equipo 2, de una señal que comprende una
indicación del tiempo de vuelo T_{OF2}. Tales indicaciones son,
por ejemplo, el valor del tiempo de vuelo T_{OF2}, o la distancia
calculada a partir de ese valor. El valor de la distancia medida
que separa los dos equipos 1 y 2 es entonces disponible en el seno
de cada uno de los equipos. Eventualmente, la indicación del tiempo
de vuelo T_{OF2} puede también ser comunicada a otros equipos del
sistema, o solamente a algunos de estos situados al alcance de
transmisión de radio del equipo 1.
De acuerdo con un segundo perfeccionamiento de
la invención, la fase 1 del procedimiento puede ser ejecutada de
nuevo después de la determinación de la diferencia \DeltaT_{OF}
entre el tiempo de vuelo T_{OF1} calculado durante la fase 1 y el
tiempo de vuelo T_{OF2} correspondiente a la vía de propagación
más corta seguida por señales de radio entre los dos equipos (fase
1ter indicada en la figura 2). Un nuevo valor de T_{OF1} es así
obtenido, que es comparado con el obtenido durante una ejecución
anterior de la fase 1. Es así posible verificar que el canal de
transmisión de radio entre los equipos 1 y 2 ha quedado estacionario
durante todo el procedimiento. En particular, puede ser obtenida
una indicación sobre la precisión de la determinación T_{OF1}. En
particular, cuando el canal no se ha mantenido estacionario, es
posible indicar que la precisión de esta determinación está
comprometida, e incluso, eventualmente, en qué grado la misma está
comprometida. Un interés puede ser ordenar una nueva ejecución de
la determinación T_{OF1} si este grado es superior a un umbral
predefinido.
De acuerdo con un tercer perfeccionamiento de la
invención, la trama de sondeo del canal CMF es emitida por el
equipo 2 después de la señal de acuse de recepción ACK, con una
duración de espera a partir de la emisión de la señal de acuse de
recepción que es superior o igual a un tiempo de guardia
determinado. Este tiempo de guardia es denominado T_{G} en la
figura 2. El mismo permite en particular garantizar que el equipo 1
disponga de un tiempo suficiente para calcular T_{OF1} antes de
analizar las señales de radio recibidas que corresponden a la trama
CMF. Así, el valor de T_{OF1}, y otros valores producidos durante
la fase 1 del procedimiento tales como el nivel de energía de
recepción de la señala ACK, están disponibles en el seno del equipo
1 durante la ejecución de la fase 2. La duración entre la emisión de
la señal ACK y la de la trama CMF por el equipo 2 es igual a la
suma del tiempo de guardia T_{G} y de un plazo debido al respeto
del acceso múltiple para el equipo 2. El valor de T_{G} es
grabado en el seno de cada equipo del sistema durante la
fabricación o durante una inicialización del mismo. Este no debe ser
demasiado elevado, a fin de que el canal utilizado para comunicar
entre los dos equipos pueda ser considerado como estacionario entre
las fases 1 y 2 del procedimiento, incluso cuando uno de los
equipos 1 o 2 se desplace o bien si el medio de transmisión de
radio varía de forma moderada. A modo de ejemplo, T_{G} puede ser
del orden de 10 milisegundos. En este caso, la fase 1 del
procedimiento puede ser repetida antes de que el tiempo de guardia
haya transcurrido a partir de la emisión de la primera señal ACK
por el equipo 2. Así, la determinación del tiempo T_{OF2} no es
retardada por la obtención de varios valores sucesivos T_{OF1},
para aumentar la precisión de determinación de T_{OF1} y/o para
verificar que el canal es estacionario. En cada ejecución de la fase
1, el valor de T_{OF1} puede ser actualizado.
La trama de sondeo del canal CMF constituye en
general una señal de radio relativamente larga. La construcción de
esta trama por el equipo 2 y la medición de canal efectuada por el
equipo 1 son por consiguiente también largas. Entonces es posible
que los relojes internos de los equipos 1 y/o 2 deriven durante el
procedimiento. Para limitar un error sobre el resultado de la
medición de la distancia provocado por una deriva del reloj interno
del equipo 1, se pueden señalar, por el equipo 1, varios primeros
instantes de recepción de primeras señales de radio
correspondientes a la trama CMF que han seguido la misma vía de
propagación que la señal ACK. Segundos instantes de recepción de
segundas señales de radio correspondientes a la trama CMF y que han
seguido otras vías de propagación entre los equipos 1 y 2 son
entonces señalados a partir de primeros instantes de recepción
diferentes. Cada segundo instante de recepción puede así ser
señalado en relación con un primer instante de manera que la
duración transcurrida entre estos dos instantes sea corta. De esta
forma, el error sobre la determinación de \DeltaT_{OF} que
resultaría de una eventual deriva del reloj interno del equipo 1 es
minimizado. El error que resultaría de una deriva del reloj interno
del equipo 2 es también reducido de esta forma.
Se entiende que numerosas adaptaciones pueden
ser introducidas en relación con el procedimiento que ha sido
descrito en detalle anteriormente. En particular, en algunas
circunstancias, puede ser ventajoso que el equipo 2 transmita la
trama de sondeo del canal CMF antes de que las etapas a a c sean
ejecutadas.
Finalmente, un procedimiento de acuerdo con la
invención es particularmente adaptado para un modo de transmisión
por impulsos, corrientemente designado como transmisión UWB, por
"Ultra Wide Band" en inglés. Pero, también puede ser aplicado
a otros tipos de transmisión de radio, tales como el modo
DS-SS, por "Direct Sequence Spread
Spectrum".
Claims (12)
1. Procedimiento de medición de una distancia
entre dos equipos de radiocomunicación (1, 2), que comprende las
etapas siguientes:
- a-
- por un primero de los dos equipos (1): emisión de una señal de radio (REQ) de solicitud de medición de un plazo de intercambio entre los dos equipos;
- b-
- por el segundo equipo (2): recepción de la señal de solicitud y, después de un plazo intermedio (T_{w}) conocido por los dos equipos, envío de una señal radio de acuse de recepción (ACK); y
- c-
- por el primer equipo (1):
- -
- recepción de la señal de acuse de recepción;
- -
- medición de la duración (T_{EXCH}) entre la emisión de la señal de solicitud (REQ) y la recepción de la señal de acuse de recepción (ACK), luego memorización de dicha duración como plazo de intercambio; y
- -
- cálculo de un primer tiempo de vuelo (T_{OF1}) de las señales de solicitud y de acuse de recepción a partir del plazo de intercambio (T_{EXCH}) y del plazo intermedio (T_{W}),
- caracterizado porque el procedimiento comprende además una emisión, por el segundo equipo (2), de una trama de sondeo del canal (CMF) adaptada de manera que el primer equipo (1):
- -
- determine, a partir de diferentes señales de radio recibidas que corresponden a la trama de sondeo del canal, una diferencia de tiempo de vuelo (\DeltaT_{OF}) entre una vía de propagación correspondiente a dicho primer tiempo de vuelo (T_{OF1}) y la vía de propagación más corta seguida por las señales de radio transmitidas entre los dos equipos (1,2); y
- -
- calcule un segundo tiempo de vuelo (T_{OF2}) a partir del primer tiempo de vuelo (T_{OF1}) y de la diferencia de tiempo de vuelo (\DeltaT_{OF}).
2. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, de acuerdo con el cual al menos una de las señales
de radio de solicitud (REQ) y de acuse de recepción (ACK) comprende
una trama corta.
3. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1 ó 2, de acuerdo con el cual la vía de propagación
correspondiente al primer tiempo de vuelo (T_{OF1}) es seguida
por una parte principal de la energía de la señal de radio de
solicitud (REQ) y/o de la señal de acuse de recepción (ACK).
4. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de
las reivindicaciones precedentes, que comprende además una emisión,
por el primer equipo (1) con destino al segundo equipo (2), de una
señal que comprende una indicación del segundo tiempo de vuelo
(T_{OF2}).
5. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera
de las reivindicaciones precedentes, de acuerdo con el cual las
etapas a a c son repetidas, y de acuerdo con el cual el primer
tiempo de vuelo (T_{OF1}) es actualizado en cada ejecución de las
etapas a a c.
6. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 5, de acuerdo con el cual las etapas a a c son
repetidas después de la determinación de la diferencia entre los
primer y segundo tiempos de vuelo (\DeltaT_{OF}).
7. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera
de las reivindicaciones precedentes, de acuerdo con el cual la
trama de sondeo del canal (CMF) es emitida por el segundo equipo (2)
después de la señal de acuse de recepción (ACK), con una duración
de espera a partir de la emisión de la señal de acuse de recepción
superior o igual a un tiempo de guardia determinado (T_{G}).
8. Procedimiento de acuerdo con las
reivindicaciones 5 y 7, de acuerdo con el cual las etapas a a c son
repetidas antes de que el tiempo de guardia (T_{G}) haya
transcurrido a partir de la emisión de una primera señal de acuse
de recepción (ACK) por el segundo equipo (2).
9. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera
de las reivindicaciones precedentes, de acuerdo con el cual varios
primeros instantes de recepción son señalados por el primer equipo
(1), respectivamente para primeras señales de radio que
corresponden a la trama de sondeo del canal (CMF) que han seguido la
misma vía de propagación que la señal de acuse de recepción (ACK),
y de acuerdo con el cual segundos instantes de recepción de segundas
señales de radio que corresponden a dicha trama y que han seguido
otras vías de propagación entre los dos equipos (1, 2) son
señalados por dicho primer equipo a partir de primeros instantes de
recepción diferentes.
10. Equipo de radiocomunicación (1) que
comprende medios para poner en práctica etapas del procedimiento de
medición de distancia entre dos equipos de acuerdo con una
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, que son ejecutadas por el
primero de los dos equipos.
11. Equipo de radiocomunicación (2) que
comprende medios para poner en práctica etapas del procedimiento de
medición de distancia entre dos equipos de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 9, que son ejecutadas por el segundo de los
dos equipos.
12. Sistema de comunicación que comprende al
menos un equipo (1) de acuerdo con la reivindicación 10 y un equipo
(2) de acuerdo con la reivindicación 11.
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