ES2955579T3 - Sincronización de radio para sistemas de salto de frecuencia - Google Patents

Abstract

Método de sincronización en una red de telecomunicaciones de salto de frecuencia TDMA ad-hoc en la que se reservan respectivamente ranuras que comprenden al menos un paso de duración fija y un tiempo de guarda al menos igual al tiempo máximo de propagación en la red para transmisiones de equipos de red particulares, que comprende: - una primera etapa (401) de asignación periódica de al menos un slot (301) por equipo de red para la transmisión de una baliza, - una segunda etapa (402) de emisión de dicha baliza, - una tercera etapa (403) de estimación, por cada primer equipo en la red, de una diferencia de tiempo Δt desde un tiempo de inicio del intervalo y un tiempo de recepción real de dicha baliza, y - un cuarto paso (404) de uso, por parte del primer equipo de red, de dicha diferencia de tiempo Δt para la recepción de intervalos de datos enviados por dicho segundo equipo de red. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Sincronización de radio para sistemas de salto de frecuencia

La presente invención se refiere a un procedimiento de sincronización para una red de telecomunicaciones ad-hoc de salto de frecuencia (en inglés Frequency Hoppings). Más concretamente, pretende resolver el problema de las incertidumbres sobre la frecuencia portadora a la que debe programarse el receptor cuando el tiempo de propagación de los datos transmitidos es superior al tiempo entre dos saltos de frecuencia.

El espectro ensanchado por salto de frecuencia es un mecanismo de transmisión de datos que se utiliza tanto en aplicaciones militares como civiles para la transmisión de datos. Cuando se utiliza como parte de una forma de onda con acceso múltiple por división en el tiempo (TDMA), consiste en dividir la banda de frecuencias en varios canales y, a continuación, transmitir los datos utilizando una combinación de canales que varían en el tiempo según una ley conocida por todos los participantes en la red. Los datos se transmiten en cortos periodos de tiempo, llamados "niveles", y cada nivel se transmite en un canal de frecuencia elegido según una ley de saltos predeterminada. Para ello, los datos se agrupan en bloques de datos, a los que se aplica un código de corrección de errores y se intercalan. Cada bloque de datos codificados y entrelazados se transmite en uno o varios niveles. En recepción, el desentrelazado y descodificación de datos pueden hacer frente a la pérdida de uno o más de los niveles de datos. La solicitud de patente US 2010/296493 A1 describe un procedimiento para comunicaciones por salto de frecuencia en una red ad-hoc.

El salto de frecuencia tiene varias ventajas:

• dado que el canal de propagación varía de un canal de frecuencia a otro, el salto de frecuencia proporciona diversidad de frecuencias.

Así, si la relación señal/ruido es muy pobre en un nivel debido a las condiciones de propagación, por ejemplo, no lo será necesariamente en los otros niveles, y el bloque de datos en su conjunto podrá descodificarse correctamente, lo que no ocurriría si todo el bloque de datos se hubiera transmitido por el canal de frecuencia con una relación señal/ruido pobre. Esta propiedad es útil para combatir las malas condiciones de propagación en un canal de frecuencia concreto (como el desvanecimiento selectivo en frecuencia o el desvanecimiento plano), así como en caso de interferencias intencionadas o no (colisiones),

• un observador ajeno a la red que pretenda interceptar datos transmitidos en tiempo real debe conocer la ley del salto. Esta ley de salto está generalmente protegida para garantizar la confidencialidad de los datos, • cuando se utiliza un gran número de canales de frecuencia, cada canal se utiliza muy poco, lo que aumenta la discreción de la transmisión de datos.

Por lo tanto, el mecanismo de salto de frecuencia proporciona una forma de onda con robustez a las condiciones de propagación, interferencia e interceptación, así como discreción, lo que la hace especialmente adecuada para transmisiones militares. Estas propiedades son más pronunciadas cuanto mayor es el número de canales de frecuencia utilizados y cuanto mayor es la tasa de salto. Por otro lado, este mecanismo requiere la disponibilidad de grandes bandas de frecuencias, añade una complejidad considerable a los equipos de transmisión/recepción y es menos eficiente espectralmente que las transmisiones de frecuencia fija.

En el contexto de una forma de onda con acceso TDMA, los distintos usuarios de una red de telecomunicaciones comparten los recursos de tiempo y frecuencia de la red. Esta compartición se organiza en torno a una trama TDMA, que asigna a cada equipo franjas horarias, más a menudo denominadas “slots” o “time slots”, durante las cuales un único equipo puede transmitir. En el resto de este documento, nos referiremos a estos intervalos de tiempo como "slots".

La asignación de slots a los distintos dispositivos de red se gestiona a nivel de las capas de protocolo de los dispositivos mediante mecanismos propios de esta capa de protocolo y que no se describen aquí en detalle por no ser objeto de la invención.

En el resto de este documento, el término sincronización se utiliza para referirse a la sincronización radioeléctrica que debe conseguirse en las capas MAC/forma de onda física para compensar los retardos asociados a la propagación de las señales dentro de la red de telecomunicaciones, y no a la sincronización de los relojes de los equipos, que es una función que se consigue en las capas de protocolo y que aquí se considera adquirida y perfecta. El experto en la materia puede adaptar fácilmente la invención descrita a continuación a una aplicación más cercana a la realidad en la que la sincronización de los relojes no sea perfecta, proporcionando márgenes en la forma de onda dedicados a compensar las desviaciones del reloj.

En las redes de telecomunicaciones centralizadas, como las redes de telefonía móvil celular, todos los equipos de la red se comunican con un único nodo central. El nodo central calcula el tiempo de propagación de la señal de cada equipo de la red y lo transmite a los distintos equipos para que anticipen sus transmisiones un tiempo igual a este retardo. Este mecanismo, conocido como "adelanto temporal", evita las colisiones de paquetes en el nodo central. Corresponde a las necesidades de una red de comunicaciones centralizada en la que el equipo proporciona enlaces punto a punto con el nodo central.

Las redes ad-hoc son redes de telecomunicaciones construidas a partir de dispositivos autónomos, que no requieren una infraestructura fija y pueden ser altamente móviles. Los datos se encaminan de un dispositivo a otro y de una subred a otra utilizando los distintos nodos que componen la red. Estas redes evolucionan dinámicamente en función de la aparición, desaparición y disponibilidad de nodos, y siguen sus cambios de posición. Por eso, el camino que sigue un paquete de datos entre dos nodos cambia con el tiempo y es muy difícil de predecir. Las redes ad hoc utilizan comunicaciones punto a punto, pero también se basan en comunicaciones punto a multipunto. Evidentemente, el mecanismo de adelanto de temporización no es aplicable a las comunicaciones punto a multipunto, en las que las distancias entre usuarios son todas diferentes. Es necesario entonces prever tiempos de guarda en los slots para evitar colisiones de paquetes.

Para una red ad-hoc TDMA, cada slot comprende al menos :

• un tiempo de guarda durante el cual no se transmite ninguna señal. Este tiempo de guarda permite evitar las colisiones entre paquetes de datos enviados consecutivamente por dos equipos de la red y, por lo tanto, tiene una duración al menos igual al tiempo máximo de propagación de los datos en la red de telecomunicaciones, y

• uno o varios niveles de datos, cuya duración viene dada por el ritmo de salto de frecuencia. Los datos de la carga útil de la transmisión se transmiten en estos niveles, junto con diversas señales utilizadas para realizar el procesamiento necesario para recibir los mensajes, como la detección del inicio de los niveles, la estimación del canal de propagación, etc.

La duración de un slot es por tanto al menos igual al tiempo de propagación de una señal sobre una distancia igual al ensanchamiento máximo de la red de telecomunicaciones, más el tiempo correspondiente a la transmisión efectiva de N niveles, siendo N > 1. Aumentar el número de niveles en un slot mejora la eficiencia espectral de la forma de onda al reducir la recurrencia de los tiempos de guarda, pero reduce la disponibilidad del recurso de frecuencia. La elección del número de niveles por slot es, por tanto, una elección de implementación que depende de la duración de los niveles, el ensanchamiento de la red, el número de dispositivos de red, etc.

Las soluciones conocidas proporcionan sincronización entre transmisores y receptores para dichas redes TDMA adhoc. Esta sincronización puede realizarse nivel por nivel (sincronización por niveles) o slot por slot (sincronización por slot).

La figura 1a muestra, a título ilustrativo, la estructura de un nivel de datos en una red de telecomunicaciones ad-hoc, cuando la sincronización tiene lugar en el horizonte del nivel.

Cada nivel comprende un primer tiempo de guarda 101, situado al inicio del nivel, y un segundo tiempo de guarda 102, situado al final del nivel. Estos tiempos de guarda dan al equipo el tiempo que necesita para cambiar de canal de frecuencia. También pueden utilizarse para compensar posibles errores de sincronización entre los relojes de los equipos.

Los niveles incluyen también secuencias piloto 103, 104 y 105, que son secuencias de símbolos conocidos que permiten al receptor sincronizarse finamente con el nivel, y determinar los tiempos de inicio/fin de los datos de señalización y de los datos de carga útil transmitidos. Las secuencias piloto también pueden utilizarse para ejecutar diversos algoritmos de procesamiento de señales, como la estimación de desplazamientos Doppler, desplazamientos de frecuencia, estimación del canal de propagación, etc. El número de secuencias piloto por nivel y su posición es una opción de implementación, lo importante es que cada nivel debe incluir al menos una secuencia piloto, preferiblemente colocada al principio del nivel.

Finalmente, el nivel comprende secuencias 106, 107 utilizadas para transportar datos de carga útil.

La figura 1b muestra el principio de una sincronización de nivel según el estado de la técnica efectuada entre un transmisor Tx y un receptor Rx, en el caso en que el retardo máximo en la red es inferior a la duración de un nivel. En el caso ilustrado en la figura 1b, y a título meramente ilustrativo, la duración de un slot es de ocho niveles. Los dos últimos niveles corresponden a un tiempo de guarda 110 fijado para evitar colisiones entre paquetes transmitidos consecutivamente por equipos diferentes. Durante este tiempo de retención no se transmite ninguna señal. En este caso, cada slot comprende seis niveles de datos de útiles 111 a 116, cada uno de los cuales tiene una estructura similar a la mostrada en la figura 1a. Para cada nivel, el canal de frecuencia utilizado para la transmisión se elige entre todos los canales de frecuencia según una ley de salto conocida por el transmisor y todos los equipos destinados a recibir los datos. Los tiempos de transmisión de los niveles son conocidos, y para los niveles 111 a 116 corresponden a los tiempos de transmisión t-m a tua respectivamente. Estos tiempos de transmisión son conocidos por todos los equipos de la red de telecomunicaciones, ya que están descritos por la trama TDMA.

En el caso ilustrado en la Figura 1b, el retardo máximo de propagación en la red es inferior a la duración de un nivel. El receptor Rx está configurado para iniciar la búsqueda del primer nivel 111 a partir del tiempo t-m, que corresponde al tiempo en el que se recibiría realmente el nivel 111 en ausencia de retardo de propagación. Para ello, el receptor ajusta su radio al canal de frecuencia correspondiente al primer nivel 111, y busca la señal correspondiente al primer nivel (utilizando la secuencia piloto 103). Esto se detecta en el momento 117. El receptor tiene entonces una estimación de una diferencia de tiempo At que separa la hora real de inicio de nivel de la hora teórica de inicio de nivel t-m, y se reconfigura para permanecer en el canal de frecuencia correspondiente al nivel 111 durante la duración de un nivel a partir de la hora real de inicio de nivel. En particular, en el tiempo tm, el receptor está en proceso de recibir el primer nivel, y sabe que debe permanecer en el canal de frecuencia del primer nivel. Después de recibir el primer nivel, el receptor configura su radio para estar atento al segundo nivel 112 en el canal de frecuencia apropiado a partir del tiempo t- 2 At, y así sucesivamente hasta recibir todos los niveles 112 a 116. Cuando, en el tiempo tm, el receptor no ha podido detectar la presencia del primer nivel, porque las condiciones de propagación son suficientemente malas para impedir la recepción o porque el nivel está codificado, el receptor está configurado para posicionarse en el canal de frecuencia correspondiente al segundo nivel 112 y para buscar este segundo nivel. Así, la pérdida del primer nivel debido a interferencias, por ejemplo, no supone la pérdida de todo el slot.

Este mecanismo funciona perfectamente en cuanto la duración correspondiente al tiempo máximo de propagación de una señal en la red más la duración de la secuencia de guarda inicial más la duración de la secuencia piloto más el tiempo de detección y de consideración de la información de sincronización en la radio receptora es inferior a la duración de un nivel.

La figura 1c muestra el mismo principio de sincronización de nivel entre un transmisor Tx y un receptor Rx según el estado de la técnica, en el caso en que el retardo máximo de propagación en la red sea superior a la duración de un nivel.

Como en la figura 1b, el receptor Rx está configurado para buscar el primer nivel en el canal de frecuencia correspondiente a partir del tiempo t-m. La diferencia de tiempo At correspondiente al tiempo de propagación de la señal es mayor que la duración de un nivel, de modo que en el tiempo tm, el receptor no ha detectado el primer nivel. Entonces no puede determinar si debe :

• cambiar de canal de frecuencia para buscar el segundo nivel, cuando la detección del primer nivel haya fallado debido a malas condiciones de propagación o interferencias, por ejemplo, o bien

• permanecen en el canal de frecuencia del primer nivel, que aún no ha llegado al receptor.

Por lo tanto, existe incertidumbre sobre el cambio en los canales de frecuencia. Por lo tanto, el mecanismo de sincronización por niveles no es adecuado para el caso práctico en el que el retardo de propagación puede ser mayor que la duración de un nivel.

Algunas redes de telecomunicaciones ad-hoc, en particular las redes de equipos aeronáuticos o navales, tienen ensanchamientos de hasta varios centenares de kilómetros (el tiempo de propagación correspondiente a la transmisión de una señal sobre una distancia de 500 km es de 1,6 ms). A la inversa, la robustez frente a la interceptación y las interferencias de una forma de onda de salto de frecuencia aumenta con la velocidad de salto. Es frecuente entonces alcanzar una cadencia de varios centenares o incluso varios miles de saltos por segundo, correspondiendo una cadencia de 1.000 saltos por segundo a un nivel de 1 ms. Por lo tanto, es necesario encontrar una solución para estimar el retardo de propagación en una red de telecomunicaciones ad-hoc en la que el retardo de propagación puede ser mayor que la duración de un nivel de comunicaciones.

Con este fin, se sabe por el estado de la técnica que las formas de onda están diseñadas para lograr la sincronización entre el transmisor y el receptor a nivel del slot (sincronización por slot). En un mecanismo de sincronización por slot, el primer nivel transmitido se dedica a enviar una señal de sincronización que permite al receptor estimar una diferencia de tiempo At vinculada al retardo de propagación entre el emisor y el receptor. Esta búsqueda se realiza una vez para todo el slot.

La figura 2 muestra, a modo de ilustración, la estructura de un slot y un nivel en el contexto de una transmisión en la que la sincronización tiene lugar en el horizonte del slot.

El slot comprende un primer nivel 201 que transporta una secuencia conocida que permite estimar el intervalo At que separa el instante de recepción real del primer nivel 201 del inicio del slot. Los niveles posteriores 202, 203 transportan los datos útiles. El slot termina con uno o más niveles de guarda 204 que no se transmiten y evitan colisiones entre paquetes transmitidos consecutivamente por diferentes equipos, al igual que los niveles 110 del ejemplo mostrado en la figura 1b.

Los niveles de datos (y de forma similar los niveles de sincronización) incluyen un tiempo de guarda 210 situado al inicio del nivel, y un tiempo de guarda 211 situado al final del nivel para permitir que el equipo cambie de canal de frecuencia. Los datos de usuario (o secuencias conocidas que permiten la sincronización) se transmiten en el bloque 212.

El receptor se posiciona en el canal de frecuencia al que se transmite el nivel de sincronización 201, y no cambia de canal de frecuencia hasta que se haya recibido el nivel de sincronización. A continuación, calcula la desviación At correspondiente a la propagación de la señal transmitida por el emisor y adapta en consecuencia la conmutación de los canales de recepción. Esta operación es independiente de la longitud de los niveles y del ritmo de salto de frecuencia, lo que la hace compatible para su uso en un contexto en el que los tiempos de propagación pueden ser superiores a la duración de un nivel. Sin embargo, con este mecanismo, la recepción correcta de toda el slot depende de la recepción correcta del nivel de sincronización. Por tanto, esta solución no es muy robusta frente a las malas condiciones de propagación y/o las interferencias. La pérdida del primer nivel supone la pérdida de todo el slot.

Además, con esta solución, la desviación temporal At estimada en el primer nivel se considera invariante en todo el slot. Esta suposición suele ser errónea, sobre todo en la industria aeronáutica, donde los equipos se mueven a velocidades muy altas. Esto provoca errores en los tiempos de muestreo de los niveles y, por tanto, una recepción incorrecta.

Aunque el mecanismo de sincronización por slot satisface por tanto la necesidad de sincronización en una red de salto de frecuencia cuando el tiempo de propagación puede ser sustancialmente igual o mayor que la duración de un nivel, no es óptimo porque no permite seguir las variaciones de los tiempos de propagación en la red, y no es muy robusto frente a interferencias y malas condiciones de propagación.

Por lo tanto, existe la necesidad de una solución que permita a los receptores eliminar cualquier incertidumbre a la hora de planificar los canales de frecuencia de recepción, superando al mismo tiempo todos los problemas del estado de la técnica mencionados anteriormente.

A tal fin, la invención describe un procedimiento de sincronización en una red de telecomunicaciones ad-hoc por salto de frecuencia según la reivindicación 1.

Por último, el objeto de la invención se refiere a un equipo de transmisión/recepción en una red de telecomunicaciones ad-hoc de salto de frecuencia según la reivindicación 11.

Otros aspectos se describen en las reivindicaciones dependientes.

Descripción

La invención se comprenderá mejor y otras características y ventajas se pondrán de manifiesto a partir de la siguiente descripción, que se da a título meramente enunciativo, y de las figuras adjuntas, que incluyen :

• las figuras 1a, 1b y 1c describen, a título ilustrativo, la estructura de un nivel en el contexto de una transmisión según el estado de la técnica en la que la sincronización tiene lugar nivel por nivel, así como los problemas que plantea dicha sincronización,

• la figura 2 muestra, a modo de ilustración, la estructura de un slot y un nivel en el contexto de una transmisión según el estado de la técnica en la que la sincronización se lleva a cabo slot por slot,

• la figura 3 muestra un ejemplo de trama TDMA utilizada para implementar el proceso de sincronización según una realización de la invención,

• la figura 4 muestra las etapas de un proceso de sincronización según una realización de la invención, • la figura 5 muestra las etapas de un proceso de recepción de datos según una realización de la invención. En el resto de este documento, se entenderá por "tiempo máximo de propagación" el tiempo necesario para que una señal de radiofrecuencia cubra una distancia correspondiente al ensanchamiento máximo teórico de la red de telecomunicaciones. Este ensanchamiento máximo se conoce cuando se crea una red de telecomunicaciones y suele figurar en el pliego de condiciones. Sirve para dimensionar una serie de parámetros, como la potencia de transmisión, por ejemplo, y, por tanto, el tamaño de los amplificadores y baterías utilizados.

El objetivo de la invención es proponer un mecanismo para estimar y compensar la diferencia de tiempo At entre el inicio de un slot y el tiempo real en el que se recibe la señal en una red ad-hoc de salto de frecuencia, que sea compatible con duraciones de nivel inferiores al tiempo máximo de propagación en la red. El proceso propuesto elimina las incertidumbres de los equipos receptores sobre cuándo deben cambiar de canal de frecuencia. Otro objetivo de la invención es que este proceso sea robusto a las interferencias y a las variaciones en las condiciones de propagación, lo que descarta cualquier mecanismo de sincronización implementado a nivel de slot como el descrito en relación con la figura 2.

Para conseguirlo, el procedimiento descrito en la invención propone reservar determinados slots en la trama TDMA organizando las transmisiones, de forma que cada equipo de la red transmita a su vez una señal denominada baliza, que puede consistir en cualquier dato, y de la que todos los equipos de la red conocen el equipo origen de la transmisión y la hora de la misma. Esta baliza permite a cada equipo de la red capaz de recibirla estimar una diferencia de tiempo At que le separa del equipo que transmite la baliza. Todos los equipos de la red conocen la organización de la trama TDMA en lo que respecta a la transmisión de balizas, es decir, los slots asignados a tal fin y los equipos a los que se asignan. La trama TDMA se organiza de tal manera que cada equipo transmite la baliza a su vez, para que el equipo de la red que establece el contacto por radio pueda estimar la diferencia de tiempo At, un requisito previo para la transmisión de datos útiles entre estos equipos. La baliza se transmite en un canal de frecuencia determinado. Puede transmitirse en slots más cortos que los slots de datos. Por lo tanto, se transmite ventajosamente sobre un solo nivel.

Los dispositivos de red están configurados para vigilar todas las balizas transmitidas por los dispositivos de red en los slots que les han sido asignadas a tal efecto. Cuando se detecta una baliza por primera vez, por ejemplo cuando dos equipos que antes estaban demasiado lejos para comunicarse se han acercado o cuando se pone en marcha un equipo, la diferencia de tiempo At se estima utilizando la baliza. Para eliminar cualquier incertidumbre sobre qué canal de frecuencia utilizar, la baliza se transmite en un solo nivel. También incluye un tiempo de guarda para evitar colisiones entre slots consecutivos. El receptor que monitoriza la baliza está configurado para permanecer en el canal de frecuencia asociado durante una duración máxima relativa al tiempo máximo de propagación en la red, y no la duración del nivel. Cuando se detecta la baliza, se estima una diferencia de tiempo At correspondiente al retardo de propagación de la señal entre los dos equipos y, a continuación, se utiliza para recibir los siguientes slots de datos transmitidos por el mismo transmisor. La diferencia horaria At se actualiza con la frecuencia suficiente para seguir las variaciones vinculadas a los movimientos relativos de los equipos de la red.

Los niveles utilizados para las transmisiones de datos de baliza o carga útil comprenden una secuencia conocida por el transmisor y los receptores, como la secuencia piloto 103 de la Figura 1a. Los receptores están configurados para detectar los niveles calculando un producto de correlación entre la secuencia de datos conocida y la señal recibida. Los picos del producto de correlación corresponden a la hora de recepción de la secuencia conocida en el nivel, por lo que pueden utilizarse para determinar la hora real de recepción de cada nivel. Ventajosamente, los niveles tienen también tiempos de guarda inicial y final comparables a los tiempos de guarda 101 y 102 de la Fig. 1a, que permiten compensar eventuales desajustes entre los relojes de los equipos, eventuales errores de medición y variaciones de los tiempos de propagación entre los equipos.

El procedimiento de sincronización descrito en la presente invención se implementa entonces en parte a nivel de la capa de protocolo (asignación de slots específicos para la transmisión de balizas, programación del receptor para buscar la baliza, estimación de un retardo de propagación entre cada uno de los dispositivos de la red, utilización de este retardo para programar la parte radio del receptor) y en parte a nivel de la capa física (medición y consideración de los retardos de propagación estimados en la recepción de los niveles utilizados para la transmisión de balizas y la transmisión de datos útiles).

La figura 3 muestra un ejemplo de una trama TDMA utilizada para implementar el procedimiento de sincronización según una realización de la invención. Y es una porción de trama TDMA que comprende seis slots 301 a 306 en una red que comprende tres dispositivos.

La trama TDMA comprende los slots 302, 303, 304 y 306 para la transmisión de datos de carga útil. El slot 302 se asigna a la transmisión de datos por el equipo número 1, el slot 303 a la transmisión de datos por el equipo número 2, el slot 303 a la transmisión de datos por el equipo número 3 y el slot 306 a la transmisión de datos por el equipo número 1. Cada uno de estos slots comprende uno o varios niveles transmitidos en canales de frecuencia elegidos entre una pluralidad de canales de frecuencia según una ley de salto predefinida y conocida por todos los equipos de la red de telecomunicaciones. La asignación de estos slots a los distintos dispositivos puede ser fija, interviniendo cada dispositivo por turno, o dinámica, con asignaciones realizadas en función de las necesidades de ancho de banda de cada dispositivo y de la prioridad de sus mensajes. Los slots 301 y 305 están dedicadas a la transmisión de una baliza por los equipos números 2 y 3 respectivamente. La duración entre dos slots dedicados a la transmisión de la baliza de un equipo dado de la red se elige ventajosamente en función de una duración durante la cual se considera válida la diferencia de tiempo At, estando esta duración vinculada a la velocidad máxima de desplazamiento del equipo y a la longitud de los intervalos de guarda de los niveles que permiten compensar una variación de la diferencia de tiempo At. Esta duración es, por tanto, un parámetro de aplicación vinculado al comportamiento previsto del equipo de la red de telecomunicaciones. También puede tener en cuenta la posibilidad de que una o varias balizas sucesivas no sean detectadas por los equipos de la red, aumentando la frecuencia de asignación de slots para la transmisión de balizas.

En el ejemplo mostrado en la Figura 3, el equipo número 2 de la red de telecomunicaciones transmite una baliza en el slot 301. La baliza no incluye necesariamente datos distintos de las secuencias conocidas que permiten al receptor detectar el nivel, pero también puede completarse con cualquier dato, como los utilizados para sincronizar los relojes o las capas de protocolo de los distintos dispositivos de la red. Durante el slot 301, el equipo que no tiene una estimación de la diferencia de tiempo At con el nodo 2 vigila la baliza. Otros equipos también pueden monitorizar esta baliza, para ajustar su estimación de la diferencia de tiempo At con el equipo que transmite la baliza. Cuando se recibe la baliza, cada equipo está configurado para registrar la hora de llegada de la señal correspondiente a la secuencia conocida, y utilizarla para estimar la hora correspondiente al inicio del nivel recibido. La desviación At corresponde a la diferencia entre la hora de inicio del slot 301 y la hora real a la que se recibió el nivel utilizado para transmitir la baliza.

Posteriormente, durante la transmisión de un slot de datos, como por ejemplo durante la transmisión del slot 303 de la figura 3, el equipo receptor es consciente de la diferencia de tiempo At que afecta a la recepción de las transmisiones realizadas por el equipo 2, y está configurado para tener en cuenta esta diferencia de tiempo al programar su canal de radio, programando los saltos de frecuencia sobre duraciones iguales a la duración de un nivel a partir de un momento correspondiente a la hora de inicio del slot retrasado en At.

La transmisión de una baliza en un slot dedicado para cada equipo de la red garantiza que cada equipo transmita a una frecuencia suficiente, lo que no habría ocurrido con TDMA totalmente dinámico. La presencia de una baliza dedicada específicamente al cálculo de la diferencia de tiempo At, emitida sucesivamente por cada equipo de la red, garantiza que todos los equipos en contacto por radio sean capaces de calcular esta diferencia de tiempo y mantenerla, y por tanto de comunicarse con todos los equipos dentro del alcance de radio.

Los tiempos de transmisión de balizas de cada equipo, es decir, las posiciones en la trama TDMA de los slots dedicados, son fijos y conocidos por todos los equipos de la red de telecomunicaciones, a diferencia de los slots de datos que pueden asignarse dinámicamente. Los slots para transmitir la baliza se asignan de forma estática y periódica a cada equipo con el fin de cumplir los requisitos de validez de las diferencias de tiempo estimadas At, lo que significa que cada equipo conoce los tiempos y los equipos a los que se asignan dichos slots.

La figura 4 muestra las distintas etapas de un proceso de sincronización según una realización de la invención. El procedimiento está destinado a ser implementado en una red ad-hoc de salto de frecuencia que comprende una pluralidad de equipos transmisores/receptores en la que los datos se transmiten en TDMA, es decir, se organizan según un marco temporal como el que se muestra en la figura 3, en el que se asignan slots a los distintos equipos de la red. La duración de un slot puede variar, pero es necesariamente mayor que el tiempo máximo de propagación de una señal en la red de telecomunicaciones.

El procedimiento descrito comprende una primera etapa 401 de asignación en la trama TDMA de slots dedicados a la transmisión de balizas. Esta asignación se realiza para cada uno de los dispositivos de red destinados a transmitir datos. Estas asignaciones se realizan en momentos conocidos por todos los nodos de la red. También conocen los equipos encargados de transmitir la señal de baliza en cada uno de los intervalos. Dicha asignación estática de slots para la transmisión de señales de baliza no es incompatible con la asignación dinámica de slots para la transmisión de datos en el resto de la trama TDMA, donde las asignaciones se realizan en función de las entradas/salidas de los equipos en la red, y/o en función de las necesidades de cada uno de los equipos en la red y de la prioridad de los mensajes. Los slots de transmisión de balizas tienen una duración igual a un nivel más un tiempo de guarda al menos igual al tiempo máximo de propagación dentro de la red de telecomunicaciones.

El procedimiento descrito comprende a continuación una segunda etapa 402 de transmisión de la baliza por los equipos en los slots que les han sido asignados a tal efecto. El nivel en el que se transmite la baliza comprende al menos un tiempo de guarda situado al principio del nivel y un tiempo de guarda situado al final del nivel, de forma comparable a los tiempos de guarda 101 y 102 descritos en la figura 1a. Estos tiempos de guarda se utilizan para compensar posibles desfases de reloj entre los distintos equipos, pero también para compensar posibles variaciones de la diferencia de tiempo At entre dos mediciones, variaciones vinculadas a los movimientos relativos de los equipos. La baliza también incluye una secuencia conocida por todos los equipos de la red, lo que les permite detectar el inicio del nivel. Esta secuencia conocida está formada por una secuencia de símbolos conocidos, al igual que la secuencia piloto 103 descrita en la figura 1a. Se coloca ventajosamente al principio del nivel, justo después del tiempo de guarda, pero podría colocarse en cualquier parte del nivel. Puede ser una secuencia de referencia fija, una secuencia de referencia elegida entre un gran número de secuencias de referencia según una ley conocida por el equipo de red, o una secuencia aleatoria generada con una semilla conocida por el equipo de red. Ventajosamente, el nivel que contiene la secuencia conocida puede completarse con cualquier dato cuya pérdida no afectaría al funcionamiento de la red de telecomunicaciones, como los datos de señalización que permiten sincronizar las capas de protocolo y, en particular, los relojes de los equipos de red.

El procedimiento comprende entonces una etapa 403 de estimación de una desviación temporal At. Esta etapa la realizan todos los equipos que no tienen una diferencia de tiempo estimada At con el equipo que transmite la baliza, es decir, todos los equipos que entran en contacto por radio con el equipo que transmite la baliza. Este es el caso, por ejemplo, cuando dos equipos que antes estaban demasiado lejos para comunicarse se acercan, cuando aumenta la potencia de transmisión de un equipo, cuando cambian las condiciones de propagación o interferencia, o cuando un equipo se incorpora a la red. Esta etapa la pueden realizar todos los equipos de la red, para actualizar cada estimación de la desviación temporal At.

Para ello, el equipo que realiza la etapa 403 posiciona su radio en el canal de frecuencia utilizado para transmitir la baliza y vigila la baliza desde el inicio del slot hasta que es detectada o, en su defecto, hasta que transcurre un tiempo al menos igual al tiempo máximo de propagación en la red. El equipo receptor detecta la presencia de la baliza por la secuencia de símbolos conocidos que contiene. Determinan una hora de llegada de dicha secuencia y, en consecuencia, una hora de llegada del nivel utilizado para transmitir la baliza. La diferencia entre esta hora de llegada real del nivel y la hora de inicio del slot permite a cada receptor estimar la diferencia de tiempo At entre él y el transmisor de la baliza. Como la baliza comprende un solo nivel, puede ser buscada por los receptores a lo largo de todo el slot sin que haya que tomar ninguna decisión sobre un cambio de canal de recepción de frecuencia, lo que hace que el procedimiento objeto de la invención sea compatible con la implementación en una red en la que el tiempo máximo de propagación sea superior a la duración de un nivel. La etapa 403 de determinar la diferencia de tiempo At es una etapa preliminar esencial para la correcta recepción de los datos de carga útil transmitidos entre dos dispositivos de red.

Por último, el procedimiento comprende una etapa 404 de utilización de la diferencia de tiempo estimada At para programar la recepción de las transmisiones posteriores realizadas por el equipo de red. A tal fin, el equipo que recibe los datos de la carga útil está configurado para programar su canal radioeléctrico a fin de garantizar que el primer nivel de datos se reciba en el canal de frecuencia asociado a partir de una hora correspondiente a la hora de inicio del slot más At. También están programados para cambiar de canal de frecuencia a intervalos fijos correspondientes a la duración de un nivel, con el fin de recibir niveles sucesivos, independientemente del estado de recepción del nivel. En cada nivel, el receptor está configurado para supervisar la secuencia de datos conocidos, mediante correlaciones, con el fin de detectar el inicio real del nivel. Si la desviación At ha permanecido constante desde que se estimó en la tercera etapa, la recepción real de cada nivel corresponderá exactamente al tiempo programado del receptor. Cada nivel se recibirá entonces en su totalidad antes del siguiente cambio de canal de frecuencia. Cuando la desviación At ha variado desde que se estimó, la hora real de recepción de cada nivel será anterior o posterior a la programada en el receptor, pero gracias a la búsqueda de la secuencia de datos conocidos, el receptor sigue las variaciones de At. Además, los intervalos de guarda situados al principio y al final de cada nivel garantizan que todos los datos de carga útil del nivel se reciban dentro del intervalo de tiempo en el que se considera el canal de frecuencia. De esta forma, el receptor se sincroniza finamente a cada nivel recibido buscando la secuencia conocida transportada, de forma similar a lo que se hace para la sincronización por niveles, con la notable diferencia de que esta sincronización fina ya no condiciona los instantes en los que se producen los cambios de canal de frecuencia. Se determinan a partir del valor At, que se estima en las balizas y luego, ventajosamente, se actualiza con el tiempo.

Para ello, el procedimiento según la invención comprende una etapa adicional 405 de actualización de la desviación temporal At de las señales recibidas. Esta etapa se realiza periódicamente.

En una realización de la invención, esta actualización se realiza cada vez que se recibe una baliza. El receptor estima entonces la diferencia de tiempo At en la baliza exactamente de la misma manera que durante la etapa 403 del procedimiento. Esta realización permite actualizar la desviación At de todos los nodos de la red, incluso cuando no están enviando datos de carga útil. Cuando la baliza no se ha podido recibir correctamente, por ejemplo debido a malas condiciones de propagación, enmascaramiento temporal o interferencias, la desviación At no se actualiza y se utiliza la última desviación estimada válidamente.

En otra realización, la estimación de la desviación At se actualiza cada vez que se reciben slots que transmiten datos útiles (en oposición a slots que transmiten las balizas). Durante la etapa 404, se realiza una sincronización fina destinada a detectar una variación de la desviación At para cada nivel de los slots utilizados para la transmisión de datos de carga útil. Se puede realizar una medición de la diferencia de tiempo Ati en cada una de los niveles, siendo Ati la diferencia entre la hora de inicio del nivel i (es decir, la hora de inicio del slot para el primer nivel, la hora de inicio del slot más la duración de un nivel para el segundo nivel, etc.) y la hora real de recepción del nivel i. Estas diferencias Ati pueden utilizarse para sustituir a la diferencia de tiempo At, por ejemplo considerando la media de las Ati, mejorando así la robustez frente al ruido de medición, o considerando la Ati más pequeña medida, mejorando así la robustez frente a reflexiones múltiples de la señal, correspondiendo la posición óptima de sincronización en presencia de trayectorias múltiples a la posición de la primera trayectoria recibida cuando el receptor dispone de un ecualizador. Cuando un nivel no se recibe correctamente, por ejemplo debido a trayectos múltiples, enmascaramiento temporal o interferencias, el valor Ati asociado no se tiene en cuenta para la actualización de At. Este procedimiento permite actualizar con mucha regularidad la desviación At estimada.

Las dos realizaciones anteriores pueden llevarse a cabo por separado o simultáneamente.

Una vez actualizado el valor de la desviación temporal At, este valor se utiliza para programar los canales de frecuencia del receptor cuando se reciben los slots de datos (etapa 404).

En comparación con el estado de la técnica, el procedimiento de sincronización propuesto elimina cualquier ambigüedad relativa al cambio de canal de frecuencia en los casos en que el tiempo de propagación puede ser próximo o superior a la duración de un nivel, a diferencia de la solución del estado de la técnica mostrada en las figuras 1a a 1c. La solución propuesta es compatible con la implementación en redes ad-hoc y funciona especialmente bien para la difusión punto a multipunto. No introduce ninguna debilidad particular a la detección y la interferencia porque la señal de sincronización no tiene ningún marcador particular que pueda permitir que un observador de fuera de la red la detecte. Por último, a diferencia del estado de la técnica descrito en la figura 2, la solución propuesta tiene la ventaja de compensar y seguir las variaciones de los tiempos de propagación entre equipos que pueden producirse entre dos estimaciones del retardo de propagación.

La invención también se refiere a un procedimiento de recepción de datos implementado por un primer equipo en una red de telecomunicaciones ad-hoc de salto de frecuencia. La figura 5 describe las etapas de una realización del proceso. Los datos se organizan en TDMA en la red, es decir, los slots se reservan sucesivamente para las transmisiones de un dispositivo concreto entre todos los dispositivos de la red. Cada slot tiene una duración igual a la duración de un nivel (la inversa de la tasa de saltos) multiplicada por el número de niveles del slot más un tiempo de guarda cuya duración es al menos igual al tiempo máximo de propagación en la red.

El procedimiento implementado en el equipo receptor comprende una primera etapa 501 de búsqueda de una baliza transmitida por un segundo equipo en el slot especialmente reservado a tal efecto. Esta etapa se lleva a cabo al menos cuando el primer dispositivo no tiene una estimación de una diferencia de tiempo At con el segundo dispositivo. El receptor está configurado para buscar la baliza en un canal de frecuencia determinado hasta detectarla o, en su defecto, durante un periodo al menos igual al tiempo máximo de propagación en la red de telecomunicaciones.

Cuando la baliza no ha sido detectada, el receptor debe esperar a que la siguiente baliza sea transmitida por el mismo segundo equipo antes de reiniciar la etapa 501.

Cuando se ha detectado la baliza, el procedimiento comprende una etapa 502 de estimación de una diferencia de tiempo At entre el primer y el segundo equipo. Esta diferencia de tiempo se calcula a partir de la hora de inicio del slot dedicado a la transmisión de la baliza y la hora a la que se ha recibido realmente la baliza.

Finalmente, el procedimiento comprende una tercera etapa 503 de programación de los canales de frecuencia del canal de radio del primer equipo para la recepción de los slots de datos transmitidos por el segundo equipo. El canal de radio está programado para posicionarse en los canales de frecuencia correspondientes al slot de datos transmitido para duraciones iguales a la duración de un nivel a partir de un tiempo correspondiente al inicio del slot de datos retrasado en una duración igual a la diferencia de tiempo estimada At.

Ventajosamente, el procedimiento comprende una etapa 504 de actualización de la diferencia de tiempo At con el segundo equipo. Esta actualización puede realizarse a partir de las balizas transmitidas por el segundo equipo, a partir de los datos de la carga útil transmitidos por el segundo equipo, o a partir de ambos.

Por último, la invención se refiere a un equipo de recepción en una red de telecomunicaciones ad-hoc de salto de frecuencia, configurado para implementar un procedimiento de recepción como el descrito anteriormente. Esta configuración se lleva a cabo en varios niveles del receptor:

• a nivel de capa de protocolo, para tener en cuenta los slots dedicados a la transmisión de datos utilizadas para sincronizar el receptor con un transmisor determinado y medir el retardo de propagación con este transmisor,

• a nivel de capa física, para tener en cuenta las mediciones del retardo de propagación al programar los saltos de frecuencia.

Para ello, el equipo en cuestión dispone de una cadena de radio controlable, que permite seleccionar un canal de frecuencia para la recepción de datos, y de una cadena de procesamiento digital en la que se implementa el procedimiento descrito, como, por ejemplo, un DSP (siglas inglesas de Digital Signal Processor, (Digital Signal Processor, o procesador de señales digitales), un FPGA (siglas inglesas de Field Programmable Gate Array, o red de puertas programables), un ASIC (acrónimo inglés de Application-Specific Integrated Circuit, o circuito integrado específico de la aplicación), o cualquier objetivo hardware capaz de ejecutar el procesamiento necesario, como un procesador.

Claims (11)

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento de sincronización en una red de telecomunicaciones ad-hoc por salto de frecuencia que comprende una pluralidad de equipos configurados para intercambiar datos organizados en un marco temporal que comprende intervalos de tiempo denominados slots, cada slot comprende al menos un nivel (111) de duración fija transmitido en un canal de frecuencias seleccionado entre una pluralidad de canales de frecuencias y un tiempo de guarda (110) de duración al menos igual al tiempo de propagación de una señal sobre una distancia correspondiente a un ensanchamiento máximo de la red de telecomunicaciones, estando cada slot reservado para transmisiones por un equipo particular de entre los equipos de la red, comprendiendo el procedimiento:

- una etapa (501), realizada por un primer equipo, de búsqueda de una baliza transmitida en un slot dedicado de la trama temporal para cada segundo equipo con el que no estaba previamente en contacto radioeléctrico, siendo dicho slot dedicado conocido por todos los equipos de la red, y cuando se recibe la baliza:

- una etapa (403, 502), realizada por el primer equipo, de estimación de una diferencia de tiempo At con dicho segundo equipo a partir de una hora de inicio del slot y de una hora real de recepción de baliza, y - una etapa (404, 503), realizada por el primer equipo, de utilización de la diferencia de tiempo At para programar los tiempos de recepción de los slots de datos enviados por dicho segundo equipo de la red.

2. Procedimiento de sincronización según la reivindicación precedente, que comprende además una etapa (405, 504), realizada por el primer equipo, de actualización de la diferencia de tiempo At a partir de las transmisiones (303) efectuadas por dicho segundo equipo de la red.

3. Procedimiento de sincronización según una de las reivindicaciones 1 y 2, que comprende además las etapas preliminares de :

- asignación periódica (401) de al menos un slot (301) de la trama temporal por los equipos de la red para la transmisión de una baliza, siendo dicha asignación conocida por todos los equipos de la red de telecomunicaciones,

- transmisión (402) de dicha baliza por los equipos de la red en los slots que les han sido asignados durante la etapa de asignación periódica de al menos un slot de la trama temporal por equipo de la red para la transmisión de una baliza.

4. Procedimiento de sincronización según una de las reivindicaciones precedentes, en el que los slots (301) asignados para la transmisión de la baliza comprenden un único nivel.

5. Procedimiento de sincronización según una de las reivindicaciones anteriores, en el que los niveles transmitidos comprenden un tiempo de guarda inicial (101), un tiempo de guarda final (102) y al menos una secuencia de datos conocida por todos los equipos de la red (103) y utilizada para detectar los niveles.

6. Procedimiento de sincronización según una de las reivindicaciones precedentes, en el que la etapa (404, 503) de utilizar la diferencia de tiempo At para programar canales de frecuencia para recibir slots de datos enviados por el segundo equipo comprende recibir los niveles del slot de datos en cada uno de los canales de frecuencia asociados a dichos niveles sucesivamente durante duraciones iguales a la duración de un nivel a partir de un instante determinado por un tiempo de inicio del slot y la diferencia de tiempo At.

7. Procedimiento de sincronización según una de las reivindicaciones 2 a 6, en el que la quinta etapa (405, 504) de actualización de la diferencia de tiempo At se realiza cada vez que se recibe una baliza transmitida por el segundo equipo.

8. Procedimiento de sincronización según una de las reivindicaciones 2 a 7, en el que la quinta etapa (405, 504) de actualización de la desviación de tiempo At se realiza en cada recepción de una señal transmitida por el segundo equipo en un slot de datos, la actualización de la desviación de tiempo At comprende la estimación de una desviación de tiempo entre una hora de inicio de nivel y una hora real de recepción del nivel para niveles de dicho slot de datos, actualizándose la desviación de tiempo At sobre a partir de la menor desviación de tiempo estimada en los niveles del slot de datos.

9. Procedimiento de sincronización según una de las reivindicaciones 2 a 7, en el que la quinta etapa (405, 504) de actualización de la desviación de tiempo At se realiza cada vez que se recibe una señal transmitida por el segundo equipo en un slot de datos, la actualización de la desviación de tiempo At comprende la estimación de una desviación de tiempo entre una hora de inicio de nivel y una hora de recepción del nivel real para los niveles de dicho slot de datos, actualizándose la desviación de tiempo At a partir de la media de las desviaciones de tiempo estimadas en los niveles del slot de datos.

10. Procedimiento de sincronización según una de las reivindicaciones precedentes, en el que las asignaciones de slot para la transmisión de balizas se efectúan estáticamente y las asignaciones de slot para la transmisión de señales distintas de las balizas se efectúan dinámicamente.

11. Equipo de una red de telecomunicaciones ad-hoc de salto de frecuencia, configurado para implementar un procedimiento de sincronización según la reivindicación 1.