ES2322919T3 - Procedimiento de deteccion de trayectorias en transmision pulsada y dispositivo correspondiente. - Google Patents

Procedimiento de deteccion de trayectorias en transmision pulsada y dispositivo correspondiente. Download PDF

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Benoit Miscopein
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Abstract

Procedimiento de detección de trayectorias de propagación en transmisión por impulsos, incluyendo la señal recibida impulsos sobre tiempos de símbolo, caracterizado porque, tras la sincronización de la recepción de dichos impulsos sobre impulsos a los cuales está asociada una trayectoria, dicho procedimiento incluye al menos las etapas que consisten en: - determinar los instantes de llegada de al menos una parte de dichos impulsos de un mismo tiempo de símbolo actual; - generar hipótesis de trayectoria asignando a los impulsos fechados en dicho tiempo de símbolo actual una puntuación inicial; - determinar los instantes de llegada de al menos una parte de dichos impulsos de al menos un tiempo de símbolo siguiente a dicho tiempo de símbolo actual; - confrontar de manera relativa los instantes de llegada de dichos impulsos de dicho tiempo de símbolo siguiente con los instantes de llegada de las hipótesis de trayectoria; - actualizar las puntuaciones en función del resultado de la confrontación relativa.

Description

Procedimiento de detección de trayectorias en transmisión pulsada y dispositivo correspondiente.
La invención se refiere a un procedimiento y un dispositivo de detección de trayectorias en transmisión pulsada.
La técnica emergente de transmisión en radio pulsada utiliza la emisión de la información que va a transmitirse por medio de impulsos y pone en practica, especialmente, receptores de banda ultra ancha, denominados receptores UWB por "Ultra Wide Band" en inglés.
Así, una señal pulsada no es una señal continua, sino un tren de impulsos breves, por ejemplo de menos de un nanosegundo, y de poca razón cíclica.
Durante la fase de adquisición de sincronización, aprovechando el conocimiento a priori de una secuencia, el receptor identifica esta secuencia, establece su comienzo en el tiempo y extrae de ella la referencia de tiempo buscada.
Entonces, el receptor ha detectado y se ha enclavado en una trayectoria de propagación.
Ahora bien, un canal, especialmente el canal de radio, puede comprender numerosas trayectorias de propagación, de varias decenas a varias centenas, lo que tiene el efecto de diluir la energía sobre el conjunto de estas trayectorias.
En una situación de este tipo, el tratamiento óptimo de una única trayectoria sólo permite, en el mejor de los casos, recuperar algunos porcentajes de la energía eléctrica disponible en el canal.
A título ilustrativo, la figura 1 representa la respuesta pulsada de un canal radio en recepción UWB en el caso de un canal sin trayectoria directa NLOS ("Non Line Of Sight" en inglés) confinado, denominado "indoor NLOS" en inglés. La figura 1 está graduada en amplitud relativa sobre el eje de ordenadas y en nanosegundos sobre el eje de abscisas.
Según las aplicaciones, resulta por tanto útil tratar varias trayectorias de propagación, con el fin de recombinar estas últimas de manera constructiva, y, así, mejorar la relación señal a ruido disponible en la toma de decisiones.
Las soluciones actualmente conocidas del estado de la técnica en el campo de la transmisión de radio ponen esencialmente en práctica técnicas de correlación deslizante, para mejorar la calidad de enlace.
A título de ejemplo de tratamiento mediante correlación deslizante en receptores UWB, podrá hacerse referencia de manera útil a la solicitud de patente PCT WO 2004/066517.
La mayor parte de las veces, una vez que el receptor ha permitido detectar una trayectoria suficientemente fuerte, este receptor puede sincronizarse sobre esta última. La correlación deslizante también permite, cuando se realiza en su totalidad, hacer que aparezcan otras trayectorias de propagación, en forma de picos de correlación secundaria. El documento US 5.832.035 presenta un método con correlación deslizante.
Diferentes algoritmos de tratamiento permiten a continuación recorrer el resultado de correlación deslizante, con el objetivo de identificar y caracterizar otras trayectorias de propagación, tales como por ejemplo el algoritmo iterativo denominado "clean".
A continuación, durante la actualización de la selección de las trayectorias, realizada especialmente debido a la variabilidad del canal de transmisión, vuelve a calcularse entonces una correlación deslizante, después se realiza una nueva búsqueda de trayectorias en el resultado de correlación deslizante obtenido.
El modo de operación mencionado anteriormente presenta numerosos inconvenientes, debido a su cálculo extremadamente pesado.
Especialmente, el número de secuencias N_{s} necesarias para la obtención de una sincronización, en estas condiciones, puede adoptar valores muy importantes, lo que implica una duración de convergencia hacia un estado de sincronización importante.
Por tanto no puede renovarse con frecuencia un resultado de correlación deslizante para obtener una actualización de la selección de trayectoria.
Aunque se han aportado diversas mejoras a la solución mencionada anteriormente, mediante el uso de códigos de tipo JPL para "Jet Propulsion Laboratory" en inglés por ejemplo, o mediante la ejecución de un cálculo bruto de correlación deslizante, con el fin de obtener zonas de interés sobre las cuales el receptor calcula a continuación una correlación fina tal como se describe por la solicitud de patente FR 05 01283 presentada el 08/02/2005 a nombre del solicitante. En su principio, todas estas soluciones y su variante ponen en práctica necesariamente un receptor coherente, excluyendo, especialmente, cualquier receptor que opere en detección de energía.
\newpage
En todos los casos, el tiempo de cálculo y los recursos correlativamente necesarios siguen siendo importantes y pesan de manera significativa en la complejidad de un receptor UWB en radio pulsada.
La presente invención tiene por objeto reducir, incluso eliminar, los inconvenientes y las limitaciones de las soluciones de la técnica anterior mencionadas anteriormente, mediante supresión del proceso de correlación deslizante y sustitución de este último por un proceso de detección de trayectorias.
El procedimiento de detección de trayectorias de propagación en transmisión por impulsos, incluyendo la señal recibida impulsos sobre tiempos de símbolo, objeto de la invención, es notable porque después de la sincronización de la recepción de estos impulsos sobre impulsos a los cuales está asociada una trayectoria, este procedimiento incluye al menos las etapas que consisten en determinar los instantes de llegada de al menos una parte de estos impulsos de un mismo tiempo de símbolo actual, generar hipótesis de trayectoria asignando a los impulsos fechados en el tiempo de símbolo actual una puntuación inicial, determinar los instantes de llegada de al menos una parte de estos impulsos de al menos un tiempo de símbolo siguiente a este tiempo de símbolo actual, confrontar de manera relativa el instante de llegada de los impulsos del tiempo de símbolo siguiente con los instantes de llegada de las hipótesis de trayectoria, actualizar las puntuaciones de la confrontación relativa.
El procedimiento objeto de la invención es además notable porque la determinación de un instante de llegada de los impulsos consiste al menos en detectar cara a cara la envolvente de los impulsos frente a un valor umbral, y, en caso de detección positiva, asociar al menos un instante de llegada a un impulso detectado.
El uso de la detección de envolvente y del umbral permite reducir los cálculos y es compatible con el uso de un receptor de detección de energía.
El procedimiento objeto de la invención es además notable porque la confrontación relativa consiste al menos en establecer ventanas temporales de ancho determinado alrededor de los instantes de llegada de los impulsos asociados a la hipótesis de trayectoria, y en verificar si los impulsos del tiempo de símbolo siguiente están en al menos una de las ventanas temporales.
El uso de ventanas temporales permite reducir el número de hipótesis generadas y, en consecuencia, los medios necesarios para la realización del procedimiento de detección de trayectorias objeto de la invención.
El procedimiento objeto de la invención es además notable porque incluye al menos la generación de una nueva hipótesis de trayectoria tras una discordancia relativa entre el instante de llegada de un impulso del tiempo de símbolo siguiente y los instantes de llegada de las hipótesis de trayectoria, asignando al impulso con fecha del tiempo de símbolo siguiente una puntuación inicial.
El procedimiento objeto de la invención es igualmente notable porque la actualización de la puntuación asignada a cada hipótesis de trayectoria después de la comparación en N tiempos de símbolo siguientes incluye al menos la fusión de las hipótesis de trayectoria cuyas ventanas temporales de recepción se solapan, conservándose el instante de llegada más reciente y la puntuación más elevada.
La generación de nueva hipótesis de trayectoria en los tiempos de símbolo siguientes permite recuperar trayectorias o bien atenuadas o bien sumergidas en el ruido en el tiempo de símbolo actual y por tanto ganar precisión en la detección de trayectoria. Esto tiene como consecuencia un aumento de calidad durante la explotación, especialmente de calidad de transmisión, cuando las trayectorias permiten la sincronización de un sistema de transmisión.
El procedimiento objeto de la invención es igualmente notable porque consiste en actualizar las hipótesis de trayectoria y su puntuación reiterando las etapas de generación de hipótesis de trayectoria y de asignación de puntuación, mediante sustitución del tiempo de símbolo actual por un tiempo de símbolo siguiente al tiempo de símbolo actual.
La actualización de las hipótesis de trayectoria permite conservar una buena precisión sobre las trayectorias detectadas y, en consecuencia, adaptar la explotación, especialmente la recepción, a la variabilidad del canal de transmisión.
El procedimiento objeto de la invención es finalmente notable porque consiste en sustituir el tiempo de símbolo por una subdivisión temporal del tiempo de símbolo.
La sustitución del tiempo de símbolo por una subdivisión de este último permite usar todos los impulsos emitidos en un tiempo de símbolo, cuando se emiten varios impulsos por tiempo de símbolo y, en consecuencia, usar más informaciones sobre un tiempo de símbolo para detectar las trayectorias, lo que mejora la detección de trayectorias y, por tanto, la calidad de la transmisión.
La invención se refiere además a un receptor de señales emitidas por impulsos, que comprende al menos una antena de recepción de impulsos, notable porque, además de un módulo de sincronización de la recepción sobre un impulso recibido, incluye al menos un módulo de determinación de los instantes de llegada de al menos una parte de los impulsos en función del resultado de la confrontación relativa de tiempo de símbolo actual, un módulo de generación de hipótesis de trayectoria, asignando a los impulsos fechados en el tiempo de símbolo actual una puntuación inicial, medios de determinación de los instantes de llegada de al menos una parte de los impulsos de al menos un tiempo de símbolo siguiente al tiempo de símbolo actual; un módulo de confrontación relativa de los instantes de llegada de los impulsos de un tiempo de símbolo siguiente con los instantes de llegada de las hipótesis de trayectoria y un módulo de actualización de las puntuaciones en función del resultado de la confrontación relativa.
El procedimiento y el receptor objetos de la invención encuentran aplicación en la transmisión, especialmente de radio, pulsada, por ejemplo para la comunicación, así como en la detección de trayectorias múltiples en las aplicaciones de geolocalización.
Se entenderán mejor tras la lectura de la descripción y la observación de los dibujos a continuación en los que, además de la figura 1 relativa a la técnica anterior:
- la figura 2 representa, a título ilustrativo, un organigrama de las etapas esenciales de realización del procedimiento de detección de trayectorias de propagación en transmisión pulsada, objeto de la presente invención;
- la figura 3A representa, a título ilustrativo, un detalle de realización de la etapa A de determinación de los instantes de llegada de la figura 2, para el tiempo de símbolo actual;
- la figura 3B representa, a título ilustrativo, un detalle de realización de la etapa D que consiste en confrontar de manera relativa los instantes de llegada de los impulsos de un tiempo de símbolo siguiente con los instantes de llegada de las hipótesis de trayectoria;
- la figura 3C representa, a título ilustrativo, un detalle de realización de un proceso de actualización de la puntuación asignada a cada hipótesis de trayectoria mediante fusión de las hipótesis de trayectoria cuyas ventanas temporales de recepción se solapan;
- la figura 3D representa, a título ilustrativo, un detalle de realización de un proceso de actualización mediante clasificación de la puntuación asignada a cada hipótesis de trayectoria, en una aplicación de comunicación en radio pulsada;
- la figura 4 representa, a título ilustrativo, un receptor según el objeto de la presente invención.
Ahora se facilitará una descripción más detallada del procedimiento de detección de trayectoria de propagación en transmisión por impulsos, objeto de la invención, en relación con la figura 2 y las figuras siguientes.
El procedimiento objeto de la invención se aplica a una señal recibida, especialmente en banda UWB, que incluye impulsos, por ejemplo impulsos directos e impulsos secundarios, sobre cada tiempo de símbolo T_{s} sucesivo.
La realización del procedimiento objeto de la invención puede aplicarse a continuación a la sincronización de la recepción de los impulsos mencionados anteriormente sobre uno o varios impulsos a los cuales está asociada una trayectoria principal.
De manera más particular, se indica que la noción de sincronización de la recepción corresponde a una situación en la que se reciben impulsos, se repiten sobre cada intervalo de trama sucesivo T_{f}, sin cambio, con referencia a la descripción mencionada anteriormente. Comprendiéndose esta ausencia de cambio como la ausencia de cambio de las condiciones de propagación del canal de transmisión, es decir, sobre un tiempo relativamente breve, igual a varios tiempos de símbolo.
La noción de sincronización puede corresponder a la sincronización de un receptor de la técnica anterior sobre un impulso denominado principal cuya amplitud es máxima por ejemplo.
Con referencia a la figura 2, y para una sucesión de impulsos después de la sincronización y representada por:
1
y, para tiempos de símbolo T_{s} sucesivos y tiempos de trama T_{f} comprendidos en el tiempo de símbolo mencionado anteriormente, el procedimiento consiste en determinar los instantes de llegada de al menos una parte de los impulsos de un mismo tiempo de símbolo actual, en una etapa A, por ejemplo construyendo una tabla de las fechas de llegada de los impulsos de un mismo tiempo de símbolo actual tal como se indica en la figura 2. En la figura 2 y para el inicio del procedimiento objeto de la presente invención, el tiempo de símbolo actual es arbitrariamente igual al primer tiempo de símbolo considerado obtenido después de la sincronización, es decir para s = 1.
\newpage
La etapa de construcción A de la tabla de los instantes de llegada se representa por:
2
En la relación anterior, se indica que AD_{kfs} representa el instante de llegada del impulso ID_{ijk, \ fs}, representando k el rango del impulso en el tiempo de símbolo considerado y representando f el rango de la trama incluida en el tiempo de símbolo considerado.
La tabla de los instantes de llegada puede estar constituida por cualquier estructura de datos que permite poner en correspondencia biunívoca un impulso determinado ID_{ijk, \ fs} y el instante de llegada AD_{kfs} del mismo. Esta estructura de datos puede estar formada por una lista, una tabla o una red de datos.
La etapa A va seguida por una etapa B que consiste en generar hipótesis de trayectoria, especialmente construyendo, a partir de la tabla de las fechas de llegada, un tabla de las hipótesis de trayectoria de propagación de los impulsos emitidos en el canal de transmisión tal como se ilustra en la figura 2. Se entiende en efecto que, desde la emisión de un impulso a nivel del emisor, especialmente radio, por impulsos, este impulso se somete, en función de las condiciones de propagación en el canal de transmisión, a trayectorias múltiples, representando por tanto cada impulso recibido, en función del tiempo de llegada de este último, una trayectoria potencial definida por una hipótesis de trayectoria correspondiente.
Según un aspecto notable del procedimiento objeto de la invención, cada hipótesis de trayectoria se genera asignando a los impulsos fechados en la recepción en el tiempo de símbolo actual una puntuación SC_{kfs} con un valor inicial, denominado por abuso del lenguaje puntuación inicial.
En la etapa B, la operación de construcción de la tabla de las hipótesis de trayectoria se representa por:
3
En la relación anterior, que simboliza la construcción de la tabla de las hipótesis de trayectoria, se indica que:
- PHT {AD_{kfs}, SC_{kfs}} designa la trayectoria de propagación asociada al instante de llegada AD_{kfs} del impulso ID_{ijk, \ fs}, impulso y;
- SC_{kfs} designa la puntuación asociada a un impulso, especialmente a cualquier impulso, cuyo instante de llegada se ha determinado, fechándose así el impulso.
\vskip1.000000\baselineskip
Tras la etapa B, representada en la figura 2, el procedimiento objeto de la invención es notable porque consiste, para un número determinado de tiempo de símbolo siguiente al tiempo de símbolo actual, es decir para s > 1, en determinar los instantes de llegada de al menos una parte de los impulsos, especialmente cada impulso, de al menos un tiempo de símbolo siguiente a dicho tiempo de símbolo actual, especialmente de cada tiempo de símbolo siguiente, en una etapa C, por ejemplo, construyendo una tabla de las fechas de llegada de cada tiempo de símbolo siguiente tal como se ilustra en la figura 2.
En la etapa C de la figura 2, la operación correspondiente se indica como:
4
Se entiende que la operación ejecutada en la etapa C, que consiste en construir una tabla de las fechas de llegada de los impulsos de cada tiempo de símbolo siguiente es en particular una operación ejecutada de la misma manera que la etapa A.
La etapa C mencionada anteriormente va seguida entonces por una etapa D que consiste en confrontar de manera relativa los instantes de llegada de los impulsos de los tiempos de símbolo siguientes, especialmente de los tiempos de símbolo sucesivos siguientes, con los instantes de llegada de las hipótesis de trayectoria, con el fin de verificar una correspondencia probable de los impulsos mencionados anteriormente con una de las hipótesis.
\newpage
En la etapa D de la figura 2, la operación de confrontación se representa por la prueba según la relación.
5
La noción de correspondencia relativa de los instantes de llegada se entiende como la verificación de la correspondencia de los instantes de llegada mencionados anteriormente teniendo en cuenta un margen de error predeterminado. Pudiendo ser este margen de error igual a cero.
La etapa D va seguida entonces por una etapa E, que comprende la actualización de la puntuación asignada a cualquier hipótesis de trayectoria en función del resultado de la confrontación relativa, para generar un conjunto de hipótesis de trayectoria y su puntuación asociada pertinente.
En una primera variante de la etapa E, esta actualización de las puntuaciones comprende la actualización del valor de la puntuación SC_{kfs} en función de la correspondencia relativa de al menos un impulso de tiempo de símbolo siguiente con una hipótesis de trayectoria.
En una segunda variante de la etapa E, esta actualización de las puntuaciones comprende la actualización del valor de la puntuación SC_{kfs} en función de la discordancia relativa de los impulsos de tiempo de símbolo siguiente con al menos una hipótesis de trayectoria.
En una tercera variante, la etapa E comprende además la generación de nueva hipótesis de trayectoria en caso de discordancia relativa de un impulso de tiempo de símbolo siguiente con las hipótesis de trayectoria. En una cuarta variante, la etapa E comprende las características de la segunda variante de la etapa E y/o las características de la tercera variante de la etapa E y/o las características de la cuarta variante de la etapa E.
En la figura 2 se representa de manera detallada un modo de operación específico no limitativo de la etapa de actualización E.
Tal como se representa en la figura mencionada anteriormente, en caso de respuesta positiva a la prueba de la etapa D, es decir tras una correspondencia relativa de un impulso de tiempo de símbolo siguiente con al menos una de las hipótesis de trayectoria, es decir cuando se verifica la relación:
6
entonces se procede, en una etapa E_{0}, a un incremento del valor de puntuación SC_{kfs}, pudiendo consistir el incremento correspondiente en añadir el valor 1 al valor de puntuación mencionado anteriormente.
Esta operación se representa por la relación SC_{kfs} = SC_{kfs} +1 en la etapa E_{0} de la figura 2.
Por el contrario, en caso de respuesta negativa a la prueba D de la figura 2, es decir tras una discordancia relativa, se procede entonces en una etapa E_{1} (facultativa) a una reducción de la puntuación asignada a la hipótesis de trayectoria correspondiente si ningún impulso de un tiempo de símbolo siguiente corresponde a una hipótesis de trayectoria, es decir cuando se verifica la relación
7
La operación correspondiente se indica como SC_{kfs} = SC_{kfs} - 1 en la etapa E_{1} de la figura 2.
En otra variante de la invención, se reduce la puntuación tras una correspondencia relativa y se incrementa tras una discordancia relativa (siendo entonces el incremento facultativo).
En la hipótesis de una discordancia relativa entre un impulso de tiempo de símbolo siguiente con las hipótesis de trayectoria, entonces puede usarse el propio impulso de tiempo de símbolo siguiente para generar una nueva hipótesis de trayectoria.
En estas condiciones, la etapa E_{1} va seguida entonces por una etapa E_{2} (facultativa) que comprende la verificación de la existencia de un impulso de tiempo siguiente que no corresponde a ninguna hipótesis de trayectoria, es decir la verificación de la siguiente relación:
8
Y la generación de una nueva hipótesis de trayectoria que corresponde al instante de llegada AD_{kfs,s>1} del impulso de tiempo de símbolo siguiente mencionado anteriormente.
La etapa E puede ir seguida entonces por una serie de actualización de la puntuación asignada denominada "serie E figura 3c" en la figura 2, siendo no obstante esta serie facultativa.
Evidentemente, el procedimiento objeto de la presente invención puede ponerse en práctica en el tiempo de símbolo actual, sea s = 1, y en una pluralidad N de tiempos de símbolo siguientes.
No obstante, y según una realización particularmente ventajosa del procedimiento objeto de la invención, éste puede ponerse en práctica de manera adaptativa de forma que se actualizan las hipótesis de trayectoria y su puntuación asociada reiterando las etapas de generación de hipótesis de trayectoria y de asignación de puntuación (etapas A a E), mediante sustitución del tiempo de símbolo actual s = 1 por un tiempo de símbolo siguiente al tiempo de símbolo actual, por ejemplo s = s+1 tiempo de símbolo siguiente inmediatamente al tiempo de símbolo actual o s = s+n enésimo tiempo de símbolo siguiente al tiempo de símbolo actual.
Esta operación se representa por la etapa F de la figura 2 mediante el incremento s = s+1 que consiste en continuar el conjunto del proceso, convirtiéndose el tiempo de símbolo actual en el tiempo de símbolo s = 2, incrementado sucesivamente y convirtiéndose los tiempos de símbolo siguientes sucesivamente en los tiempos de símbolo de 3 a N+1 y así sucesivamente, mediante retorno, después de la etapa F, a la etapa A de la figura 2.
Se entiende que mediante una realización, tal como se representa en la figura 2, del procedimiento de la presente invención, esta realización permite de manera particularmente ventajosa adaptar la recepción a la variabilidad del canal de transmisión. Por tanto el valor de n será en función de la variabilidad del canal: cuanto más rápido varíe el canal, más próximo o igual a 1 será n permitiendo así una actualización de todos o prácticamente todos los tiempos de símbolo; y cuanto más lento varíe el canal, más grande será n permitiendo actualizar de manera muy espaciada. Por tanto el ritmo de actualización puede adaptarse al tipo de canal, permitiendo así reducir los cálculos de actualización a aquellos que sean útiles para seguir el canal.
Ahora se facilitará una descripción más detallada de un proceso preferible de determinación de un instante de llegada de los impulsos de un mismo tiempo de símbolo en relación con la figura 3A.
Para la determinación de los instantes de llegada de los impulsos mencionados anteriormente, se considera la misma hipótesis de partida que en el caso de la figura 2, es decir que se dispone del conjunto de los impulsos {IDijk}^{k=n}_{k=0} sobre el conjunto de los tiempos de símbolo sucesivos T_{s} y sobre el conjunto de las tramas T_{f}.
El proceso de determinación de un instante de llegada, tal como se representa en la figura 3A, consiste, en una etapa A_{0}, en detectar la envolvente de al menos una parte de los impulsos, especialmente de cada impulso: indicándose esta operación como ID_{ijk} \rightarrow |ID_{ijk}|.
La detección de envolventes puede realizarse sobre la señal analógica recibida en recepción a partir de cualquier circuito de alineamiento o de detección de envolvente conocido de la técnica anterior, que no se describirá en detalle por este motivo.
En la relación anterior, se entiende evidentemente que |ID_{ijk}| indica de hecho la amplitud de la señal analógica de cada impulso detectado, es decir, el valor de la envolvente de estos últimos.
La etapa A_{0} puede ir seguida entonces por una etapa A_{1} que consiste en comparar el valor de envolvente detectado |ID_{ijk}| con el valor S mediante comparación de superioridad.
En caso de respuesta negativa a la prueba A_{1}, se ignora el impulso cuyo valor de envolvente no tiene una amplitud suficiente frente al valor umbral, representándose esta operación por la etapa A_{2} de paso al impulso siguiente k = k+1, y por el retorno a la etapa A_{0} para la detección del impulso siguiente.
Por el contrario, en caso de respuesta positiva a la etapa A_{1}, esta última va seguida por una etapa A_{3}, que consiste en asociar al menos un instante de llegada a cada impulso detectado. En una variante de la invención, este instante se determina de manera relativa y local al tiempo de símbolo. Esta operación se indica por la relación ID_{ijk} \leftrightarrow AD_{kfs}.
En efecto, se entiende que la noción de instante determinado para un impulso detectado es ventajosamente un instante relativo debido a la repetición de los impulsos para cada tiempo de símbolo T_{s} y por tanto a la fecha de llegada sensiblemente idéntica de los impulsos repetidos sobre cada tiempo de símbolo, salvo existencia de una variabilidad del canal, tal como se mencionó anteriormente en la descripción.
Los instantes de llegada pueden expresarse en forma de un número real correspondiente a una fracción del tiempo de símbolo T_{s}. Esta medida es particularmente ventajosa en la medida en que así se respeta la precisión del instante de llegada, conociéndose el tiempo de símbolo con una gran precisión a nivel de cada receptor.
Ahora se describirá un proceso preferible de realización de la confrontación relativa de los impulsos en relación con la figura 3B.
\newpage
Para la realización de la confrontación de manera relativa mencionada anteriormente se consideran los instantes de llegada de las hipótesis de trayectorias, es decir, especialmente para cualquier impulso que pertenece al tiempo de símbolo actual, instante de llegada AD_{kfs} para s = 1, y los instantes de llegada de los impulsos fechados, para cualquier tiempo de símbolo siguiente, es decir los instantes de llegada AD_{kfs} s>1.
La operación de confrontación relativa, representada en la figura 3b, consiste ventajosamente, en una etapa D_{0}, en establecer ventanas temporales de recepción de ancho determinado dt alrededor de los instantes de llegada de las hipótesis de trayectoria, es decir en la fecha de llegada AD_{kfs}, s=1.
En la etapa D_{0}, esta operación se indica como:
\Delta_{kfs, \ s>1} = AD_{kfs, \ s=1} \pm dt/2.
En la relación anterior dt representa el valor del ancho determinado de la ventana temporal considerada y \Delta_{kfs} representa la ventana temporal de recepción considerada alrededor del instante de llegada de las hipótesis de trayectoria en el instante AD_{kfs, s=1}.
La etapa D_{0} va seguida por una etapa D_{1} que consiste en verificar si impulsos del tiempo de símbolo siguiente están en al menos una de las ventanas temporales de recepción.
La operación de verificación en la etapa D_{1} se indica según la relación:
AD_{kfs, \ s>1} \in \Delta_{kfs, \ s=1}
La prueba de la etapa D_{1} permite concluir una correspondencia relativa en caso de verificación de la presencia de un impulso del tiempo de símbolo siguiente en al menos una ventana temporal en respuesta positiva a la prueba D_{1}, constatándose esta correspondencia relativa en la etapa D_{2}.
Por el contrario, la respuesta negativa a la prueba D_{1} permite constatar la discordancia relativa debido al hecho de que ninguno de los impulsos del tiempo de símbolo siguiente está en la ventana temporal de recepción en la etapa
D_{3}.
Ahora se facilitarán en relación con la figura 3C y la figura 3D diferentes indicaciones de realización preferible no limitativa del proceso de actualización y, en particular, de la serie E indicada en la figura 2.
En primer lugar, con referencia a la figura 2, se indica que la etapa E_{2} de generación de una nueva hipótesis de trayectoria para la actualización de cualquier nueva hipótesis de trayectoria puede consistir ventajosamente, para cualquier discordancia relativa de al menos un impulso de tiempo de símbolo siguiente, asociado a la nueva hipótesis de trayectoria, con las hipótesis de trayectoria existentes, en asignar al impulso de tiempo de símbolo siguiente y a la nueva hipótesis de trayectoria una puntuación inicial. Se entiende evidentemente que cualquier nueva hipótesis de trayectoria puede definirse así mediante la asignación del valor de la puntuación inicial, con el fin de insertar cualquier nueva hipótesis de trayectoria en el conjunto de las hipótesis de trayectoria.
En un modo de realización preferible no limitativo, y ello con el fin de mejorar la precisión de detección del procedimiento objeto de la presente invención, la actualización de la puntuación asignada a cada hipótesis de trayectoria, después de la comparación sobre N tiempos de símbolo siguiente, puede incluir ventajosamente, tal como se representa en la figura 3C, la fusión de las hipótesis de trayectoria cuyas ventanas temporales de recepción se solapan, conservándose la fecha de llegada más reciente y la puntuación más elevada y asignándose a la hipótesis de trayectoria fusionada y conservada.
Además, en una variante de la invención, y con referencia a la figura 3C, el proceso de actualización consiste igualmente en realizar la supresión de las hipótesis de trayectoria cuya puntuación atribuida se ha vuelto cero o negativa. Esta etapa de supresión de las hipótesis de puntuación cero o negativa se realiza sin fusiones previas de las hipótesis de trayectorias en una variante de la invención. Si la puntuación se reduce en caso de correspondencia relativa, las hipótesis de trayectorias suprimidas no serán las hipótesis negativas sino las positivas.
El conjunto de las operaciones mencionadas anteriormente se representa en la figura mencionada anteriormente de la siguiente manera.
Tras la realización de la etapa de confrontación relativa, se dispone evidentemente de las ventanas temporales de recepción indicadas como \Delta_{kfs, \ s=1} para el tiempo de símbolo actual y \Delta_{k'fs, \ s>1} para los tiempos de símbolo siguientes.
En particular, se entiende que k' es un valor que puede corresponder al valor k del impulso de tiempo de símbolo actual pero cuyo instante de llegada es no obstante ligeramente diferente debido a la variabilidad del canal de transmisión de un tiempo de símbolo en el tiempo siguiente.
\newpage
Por tanto, con referencia a la figura 3C, el proceso de fusión de las hipótesis de trayectoria cuyas ventanas temporales de recepción se solapan, puede consistir en ejecutar una prueba E_{3}, que permite verificar el solapamiento, es decir la intersección de las ventanas temporales mencionadas anteriormente según la relación:
\Delta_{k'fs, \ s>1}\cap\Delta_{kfs, \ s=1} = \diameter?
La noción de intersección puede consistir, tal como se mencionó anteriormente, en realizar pruebas de inferioridad o de superioridad de los valores límite de las ventanas correspondientes, por ejemplo.
La etapa E_{3} en caso de respuesta negativa a la prueba mencionada anteriormente va seguida por una etapa E_{4} de retorno a la prueba E_{3}, con incremento del valor k al valor k+1, de manera que se pasa al impulso siguiente. Este proceso permite así verificar la ausencia de solapamiento de las ventanas temporales asociadas a los impulsos de rango k considerado.
Por el contrario, en caso de respuesta positiva a la prueba E_{3}, se recurre a una etapa E_{5} correspondiente a la fusión propiamente dicha de las ventanas temporales mencionadas anteriormente, según la relación simbólica:
\Delta_{k'fs, \ s>1}\equiv\Delta_{kfs, \ s=1}
A la operación E_{5} se le asocia a continuación una operación E_{6}, que consiste en atribuir a la ventana fusionada en la etapa E_{5} la fecha de llegada más reciente, después una etapa E_{7} que consiste en asignar a la ventana fusionada la puntuación más elevada de las dos ventanas iniciales.
Estas operaciones se representan por las relaciones:
AD_{kfs, \ s=1} = min{AD_{kfs}, AD_{k'fs}} para la etapa E_{6}
y
SC_{k'fs} = sup{SC_{kfs}, SC_{k'fs}} para la etapa E_{7}.
En lo que se refiere a la supresión de las hipótesis de trayectoria, cuya puntuación atribuida se ha vuelto cero o negativa, esta operación se realiza en la etapa E_{8}, que consiste en comparar cada valor de puntuación atribuido SC_{kfs} con el valor 0 mediante comparación de inferioridad.
En caso de respuesta positiva a la prueba de la etapa E_{8}, indicada como \exists SC_{kfs} \leq0?, la hipótesis de trayectoria correspondiente indicada como PHT_{k}, cuya puntuación atribuida se ha vuelto cero o negativa, se suprime entonces en la etapa E_{9}. La etapa E_{9} va seguida por un retorno a la etapa E_{3} por medio de la etapa E_{4} para el paso a cualquier impulso siguiente mediante incremento k = k+1.
Por el contrario, en caso de respuesta negativa a la prueba E_{8}, el retorno a la etapa E_{3} se realiza directamente por medio de la etapa E_{4} para el paso al impulso de rango siguiente.
Además de la eliminación de las ventanas de trayectoria que se solapan, es decir en definitiva de los impulsos cuya distancia en un tiempo de símbolo no es suficiente, el procedimiento objeto de la invención, tal como se representa en la figura 3D, puede consistir ventajosamente en una actualización de la puntuación asignada a cada hipótesis de trayectoria, de manera que se obtienen las mejores hipótesis de trayectoria, es decir las más significativas y finalmente las más verosímiles.
Con este objetivo, una variante del procedimiento objeto de la invención comprende una etapa de eliminación de las hipótesis de trayectoria cuya puntuación es inferior a un porcentaje determinado de la puntuación más elevada. Otra variante del procedimiento objeto de la invención comprende una etapa de clasificación por orden de puntuación decreciente de las hipótesis de trayectoria restantes. Una variante adicional del procedimiento objeto de la invención comprende la etapa de eliminación seguida por la etapa de clasificación.
Un proceso de este tipo ilustrado en la figura 3D puede ejecutarse sobre las puntuaciones de las hipótesis de trayectoria conservadas tras la realización de las etapas de las figuras 3B y 3C especialmente.
Por tanto se dispone de todas las puntuaciones SC_{kfs, \ s=1} para el tiempo de símbolo actual, las cuales, a modo de simplificación, se indican como SC_{k}.
\newpage
\global\parskip0.900000\baselineskip
El proceso consiste entonces, en una etapa E_{10}, en determinar la puntuación más elevada. Esta puntuación se indica como:
SC_{M} = sup{SC_{k}}_{s=1}
Esta operación se realiza gracias a un procedimiento de ordenación de valor numérico de las puntuaciones clásico.
La etapa E_{10} va seguida por una etapa de prueba E_{11} que consiste en discriminar todas las hipótesis de trayectoria cuya puntuación es inferior a un porcentaje P de la puntuación más elevada SC_{M}. La prueba de la etapa E_{11} se representa por la relación:
\exists {AD_{kfs}, SC_{k}} SC_{k}<PxSC_{M} ?
En caso de respuesta positiva a la prueba E_{11} mencionada anteriormente, se procede a la supresión del valor de puntuación correspondiente SC_{k} en una etapa E_{12}, indicándose el conjunto des puntuaciones restante como {\overline{SC_{k}}}_{s=1}.
Tras la supresión de todas las puntuaciones que hayan satisfecho la prueba de la etapa E_{11}, se procede entonces a la clasificación por orden de puntuación decreciente de las hipótesis de trayectoria restantes, indicándose esta operación como:
CLASIFICACIÓN {\overline{SC_{k}}}_{s=1} en la etapa E_{13}.
Evidentemente, cuando, en la prueba de la etapa E_{11}, ninguna puntuación satisface la prueba de comparación de inferioridad mencionada anteriormente, entonces se pasa directamente a la etapa de ordenación E_{13}, interviniendo la clasificación sobre el conjunto de las puntuaciones e hipótesis de trayectoria restantes.
El modo de operación tal como se representa en la figura 3D resulta particularmente ventajoso, en la medida en que permite, además, seleccionar un número determinado de hipótesis de trayectoria entre aquéllas cuya puntuación es la más elevada, es decir después de la clasificación realizada en la etapa E_{13}.
Esto permite garantizar la comunicación entre la emisión por impulsos y la recepción basándose en las trayectorias de propagación cuyas puntuaciones son las más elevadas y que finalmente representan las trayectorias de propagación más fiables, especialmente porque estas trayectorias son las más estables.
Finalmente, el procedimiento objeto de la invención puede comprender, además, una etapa de validación de cada hipótesis de trayectoria como trayectoria de al menos una parte de los impulsos.
Con este objetivo, la validación mencionada anteriormente puede realizarse recurriendo al método de sincronización en la recepción tal como se describió anteriormente en la descripción.
No obstante, en el caso en el que la profundidad del canal de transmisión es baja (inferior a una valor predeterminado), definiéndose la profundidad del canal como el tiempo que separa el primer impulso detectable del último impulso detectable en el tiempo de símbolo, la etapa de validación puede ponerse en práctica para al menos una parte de los impulsos, incluso cada impulso, asociado al impulso de un tiempo de símbolo sobre el que está sincronizada la recepción. Los impulsos se limitan entonces a aquellos cuya separación de trayectoria en el tiempo de propagación frente a impulsos principales (impulsos a los cuales está asociada una trayectoria sobre la que se ha realizado la sincronización), es inferior a la profundidad del canal de transmisión.
Al sincronizarse la recepción, se conoce la secuencia de sincronización relacionada con cada uno de los impulsos principales candidatos. Esta información permite identificar un número reducido de sincronizaciones.
Entonces es posible comunicar la posición del impulso detectado así como las hipótesis probables de posición de este último a la función de sincronización. Si esta última consigue adquirir una sincronización, lo que puede necesitar no obstante varios tiempos de símbolo T_{s}, basándose en esto, esto significa que se ha detectado una nueva trayectoria y, evidentemente, puede aprovecharse.
Ahora se facilitará, en relación con la figura 4, una descripción más detallada de un dispositivo puesto en práctica, especialmente por un receptor, y de un receptor de este tipo en un ejemplo de aplicación que consiste en el caso de la recepción de banda ultra ancha, de señales de radio emitidas por impulsos, que ejecuta el procedimiento de detección de trayectorias de propagación en transmisión por impulsos según el objeto de la invención.
Con referencia a la figura mencionada anteriormente, se indica que además de una antena de recepción de impulsos, especialmente de impulsos directos y de impulsos secundarios, este receptor comprende un módulo de sincronización de la recepción sobre un impulso principal recibido, pudiendo este módulo de sincronización, por ejemplo, estar constituido por cualquier módulo existente de un receptor clásico, sin salirse del marco del objeto de la presente invención. Por este motivo no se representa en el dibujo de la figura 4 un módulo de este tipo.
\global\parskip1.000000\baselineskip
El dispositivo de detección de trayectorias objeto de la invención puesto en práctica por el receptor incluye al menos un módulo 1 de detección de la envolvente de los impulsos recibidos frente a un valor umbral, permitiendo generar impulsos detectados. Este módulo puede consistir en un submódulo 1_{0} de detección de la envolvente y un submódulo 1_{1}, que realiza la comparación de las señales de envolvente con el valor umbral, indicado como AT en la figura 4 mencionada anteriormente.
El módulo 1 de detección de la envolvente de los impulsos va seguido por un módulo 2 de determinación de los instantes de llegada de al menos una parte de los impulsos detectados de un tiempo de símbolo, que puede enviarse en forma de un impulso calibrado al módulo 2 mencionado anteriormente, pudiendo ser este instante de llegada relativo y local al tiempo de símbolo. En una variante de la invención, el módulo 2 permite además la memorización de una tabla de los instantes de llegada, con número de referencia 3 en la figura 4 mencionada anteriormente. La forma y el contenido de las informaciones de la tabla de los instantes de llegada corresponden a los indicados anteriormente en la descripción.
Además, tal como se representa en la figura 4, el dispositivo de detección de trayectorias, objeto de la invención, comprende un módulo 4 de tratamiento de las hipótesis que comprende medios de generación de hipótesis de trayectorias asignando una puntuación inicial a impulsos fechados, medios de confrontación relativa de los instantes de llegada de los impulsos con las hipótesis y medios de actualización de las puntuaciones en función del resultado de la confrontación. Por ejemplo, a partir de la tabla 3 de los instantes de llegada, el módulo 4 construye una tabla de hipótesis de trayectoria mediante asignación, a cada impulso detectado en el tiempo de símbolo actual, de una puntuación inicial.
El modo de operación del módulo 1 de detección de la envolvente de los impulsos recibidos, frente a un valor umbral, del módulo 2 de determinación de los instantes de llegada de los impulsos detectados y del módulo 4 de tratamiento de las hipótesis de trayectoria, se ejecuta según el procedimiento de la invención, tal como se describió anteriormente en la descripción.
De manera particularmente ventajosa, se indica que el valor AT umbral es un valor adaptativo para cada tiempo de símbolo, por ejemplo, en función de un valor de ajuste del valor umbral.
El valor umbral puede ajustarse según las soluciones de la técnica anterior, para la detección de impulsos con tasa constante de falsas alarmas, CFAR por "Constant False Alarm Rate" en inglés. Según otro aspecto, el valor de ajuste del valor umbral puede ser representativo de la densidad de las hipótesis de trayectoria.
Se entiende en particular, con referencia a la figura 4, que el módulo 4 de tratamiento de las hipótesis de trayectoria comprende, por ejemplo, una rutina de evaluación del valor umbral para cada tiempo de símbolo siguiente al tiempo de símbolo actual, en función de la densidad de las hipótesis de trayectoria. Así, a título de ejemplo no limitativo, el valor umbral puede disminuirse en función del número de hipótesis de trayectoria detectadas, teniendo en cuenta la disminución previsible de la energía contenida en cada impulso correspondiente a estas hipótesis de trayectoria, y, por el contrario, aumentarse en caso de disminución de la densidad mencionada anteriormente. Este modo de operación permite tener en cuenta la variabilidad del canal de transmisión.
Finalmente, la invención abarca igualmente un producto de programa informático, grabado sobre un soporte de memorización, para su ejecución por el procesador de un ordenador o de un receptor dedicado.
El producto de programa informático correspondiente es notable porque comprende una serie de instrucciones que permiten la realización del procedimiento de detección de trayectoria de propagación en transmisión por impulsos, tal como se describió anteriormente en la descripción, en relación con las figuras 2 a 3D.
Preferiblemente, tal como se representa además en la figura 4, el producto de programa informático objeto de la invención se implanta, en forma modular, en un receptor de banda ultra ancha, según el objeto de la invención.
Por tanto, incluye al menos un módulo M_{1} de software de detección de la envolvente de los impulsos recibidos frente a un valor umbral y que permite generar impulsos detectados, pudiendo subdividirse el módulo M_{1} de programa de software mencionado anteriormente en un submódulo de detección de envolvente y un submódulo de comparación con el valor AT umbral adaptativo.
Comprende además un módulo M_{2} de software de cálculo y de atribución, a cada impulso detectado, de una fecha o instante de llegada relativo y local al tiempo de símbolo y de memorización de una tabla de las fechas de llegada. El módulo de software correspondiente permite la atribución de una fecha de llegada local precisa y relativa al tiempo de símbolo para cada impulso detectado.
Finalmente, el producto de programa, objeto de la invención, comprende un módulo M_{3} de software de construcción y de actualización, a partir de la tabla de las fechas de llegada, de una tabla de hipótesis de trayectoria mediante asignación, a cada impulso detectado en el tiempo de símbolo actual, de una puntuación de un valor específico. El módulo M_{3} se implanta ventajosamente en el módulo de tratamiento de la tabla de hipótesis de trayectoria que lleva el número de referencia 4 en la figura 4 mencionada anteriormente.

Claims (11)

  1. \global\parskip0.900000\baselineskip
    1. Procedimiento de detección de trayectorias de propagación en transmisión por impulsos, incluyendo la señal recibida impulsos sobre tiempos de símbolo, caracterizado porque, tras la sincronización de la recepción de dichos impulsos sobre impulsos a los cuales está asociada una trayectoria, dicho procedimiento incluye al menos las etapas que consisten en:
    - determinar los instantes de llegada de al menos una parte de dichos impulsos de un mismo tiempo de símbolo actual;
    - generar hipótesis de trayectoria asignando a los impulsos fechados en dicho tiempo de símbolo actual una puntuación inicial;
    - determinar los instantes de llegada de al menos una parte de dichos impulsos de al menos un tiempo de símbolo siguiente a dicho tiempo de símbolo actual;
    - confrontar de manera relativa los instantes de llegada de dichos impulsos de dicho tiempo de símbolo siguiente con los instantes de llegada de las hipótesis de trayectoria;
    - actualizar las puntuaciones en función del resultado de la confrontación relativa.
    \vskip1.000000\baselineskip
  2. 2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la determinación de un instante de llegada de dichos impulsos consiste al menos en:
    - detectar la envolvente de dichos impulsos frente a un valor umbral; y, en caso de detección positiva,
    - asociar al menos un instante de llegada a un impulso detectado.
    \vskip1.000000\baselineskip
  3. 3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque dicha confrontación relativa consiste al menos en:
    - establecer ventanas temporales de ancho determinado alrededor de los instantes de llegada de las hipótesis de trayectoria;
    - verificar si dichos impulsos del tiempo de símbolo siguiente están en al menos una de dichas ventanas temporales.
    \vskip1.000000\baselineskip
  4. 4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque dicho procedimiento incluye al menos la generación de una nueva hipótesis de trayectoria, tras una discordancia relativa entre el instante de llegada de un impulso del tiempo de símbolo siguiente y los instantes de llegada de las hipótesis de trayectoria asignando a dicho impulso con fecha del tiempo de símbolo siguiente una puntuación inicial.
  5. 5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la actualización de la puntuación asignada a cada hipótesis de trayectoria, tras comparación en N tiempos de símbolo siguientes, incluye al menos:
    - la fusión de las hipótesis de trayectoria cuyas ventanas temporales de recepción se solapan, conservándose el instante de llegada más reciente y la puntuación más elevada.
    \vskip1.000000\baselineskip
  6. 6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque consiste en actualizar las hipótesis de trayectoria y su puntuación reiterando las etapas de generación de hipótesis de trayectoria y de asignación de puntuación, mediante sustitución de dicho tiempo de símbolo actual por un tiempo de símbolo siguiente a dicho tiempo de símbolo actual.
  7. 7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque consiste en sustituir el tiempo de símbolo por una subdivisión temporal del tiempo de símbolo.
  8. 8. Procedimiento de recepción que pone en práctica el procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque consiste además en seleccionar un número determinado de hipótesis de trayectoria entre aquéllas cuya puntuación es la más elevada, para garantizar la recepción.
  9. 9. Dispositivo de detección de trayectorias de propagación en transmisión por impulsos, incluyendo la señal recibida impulsos sobre tiempos de símbolo, caracterizado porque, además de un módulo de sincronización de la recepción de estos impulsos sobre impulsos a los cuales está asociada una trayectoria, dicho dispositivo comprende al menos:
    - medios de determinación de los instantes de llegada de al menos una parte de los impulsos de un mismo tiempo de símbolo actual;
    \global\parskip1.000000\baselineskip
    - medios de generación de hipótesis de trayectoria, asignando dichos medios de generación a los impulsos fechados en el tiempo de símbolo actual una puntuación inicial;
    - medios de determinación de los instantes de llegada de al menos una parte de los impulsos de al menos un tiempo de símbolo siguiente a este tiempo de símbolo actual;
    - medios de confrontación relativa de los instantes de llegada de los impulsos del tiempo de símbolo siguiente con los instantes de llegada de las hipótesis de trayectoria;
    - medios de actualización de las puntuaciones en función del resultado de la confrontación relativa.
    \vskip1.000000\baselineskip
  10. 10. Receptor de señales emitidas por impulsos, que comprende al menos una antena de recepción de impulsos, caracterizado porque, además de los medios de sincronización de la recepción sobre un impulso recibido, dicho receptor incluye al menos:
    - medios de determinación de los instantes de llegada de al menos una parte de los impulsos de un mismo tiempo de símbolo actual;
    - medios de generación de hipótesis de trayectoria; asignando dichos medios de generación a los impulsos fechados en el tiempo de símbolo actual una puntuación inicial;
    - medios de determinación de los instantes de llegada de al menos una parte de los impulsos de al menos un tiempo de símbolo siguiente al tiempo de símbolo actual;
    - medios de confrontación relativa de los instantes de llegada de los impulsos de un tiempo de símbolo siguiente con los instantes de llegada de las hipótesis de trayectoria;
    - medios de actualización de las puntuaciones en función del resultado de la confrontación relativa.
    \vskip1.000000\baselineskip
  11. 11. Programa informático grabado sobre un soporte de memorización, caracterizado porque comprende una serie de instrucciones que permiten la realización del procedimiento de detección de trayectorias según una de las reivindicaciones 1 a 8, cuando dicho programa se ejecuta por un procesador.
ES06831083T 2005-11-14 2006-11-07 Procedimiento de deteccion de trayectorias en transmision pulsada y dispositivo correspondiente. Active ES2322919T3 (es)

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