BR112013032331A2 - método para o escalonamento de usuários em um ambiente celular para aplicar o controle de potência ideal de pareto, escalonador e rede de comunicação sem fio - Google Patents

Abstract

relatório descritivo da patente de invenção para "método para o escalonamento de usuários em um ambiente celular para aplicar o controle de potência ideal de pareto, escalonador e rede de comunicação sem fio". descrição as modalidades da invenção referem-se ao campo de redes de comunicação sem fio, mais especificamente às abordagens para o escalonamento conjunto e o controle de potência em um ambiente celular, em particular ao escalonamento de usuários de tal maneira que o controle de potência ideal de pareto (popc) pode ser diretamente aplicado. quando se leva em consideração o escalonamento e o controle de potência no enlace ascendente de um sistema de acesso múltiplo do acesso de divisão de frequência ortogonal celular (ofdma), o controle de potência do enlace ascendente é um aspecto importante e é particularmente relevante para redes celulares. a fig. 1 é uma representação esquemática de uma parte de tal rede celular que compreende duas estações base rx1 e rx2 de recepção dos sinais de conexão de enlace ascendente de estações móveis ou de usuários móveis tx1 e tx2. as estações móveis tx1 se comunicam com a estação base rx1, ao passo que a estação móvel tx2 se comunica com a estação base rx2. tal como mostrado na fig. 1, várias transmissões ocorrem simultaneamente de modo que a interferência pode ocorrer. no exemplo mostrado na fig. 1, o sinal de transmissão transmitido pela estação móvel tx2 para se comunicar com a estação base rx2 associada também é recebido na estação baixa rx1 como uma transmissão de interferência i21. a interferência pode afetar seriamente a eficiência espectral atingível na rede. portanto, para evitar efeitos negativos na eficiência espectral, o escalonamento e o controle de potência nas conexões de enlace ascendente entre os transmissores e os receptores são aspectos importantes. deve ser observado que o mesmo se aplica a uma conexão de enlace descendente em tal rede em que ocorre uma transmissão das respectivas estações base aos usuários associados, em que uma transmissão de uma estação base também pode ser recebida como uma comunicação de interferência em outras estações móveis. quando se leva em consideração a fig. 1, no cenário de ligações de enlace descendente as estações base devem estar nos transmissores tx1, tx2 e as estações móveis devem ser os receptores rx1 e rx2. para solucionar o problema da interferência em sistemas de comunicação sem fio, tanto na conexão de enlace ascendente quanto na conexão de enlace descendente, de modo general, o escalonamento e o controle de potência são separados, isto é, uma abordagem é usada para o escalonamento, e uma outra abordagem é usada para o controle de potência. no entanto, isto gera não somente uma complexidade adicional no escalonamento, mas também pode reduzir a idealidade da solução (vide, exemplo, t. elbatt and a. ephremides, "joint scheduling and power control for wireless ad hoc networks," ieee transactions on wireless communications, vol. 3, no. 1, pp. 74 - 85, 2004). o escalonamento em redes de ofdma em enlace ascendente e enlace descendente é descrito em x. wang, o. b. giannakis, and y. yu, "channel-adaptive ideal ofdma scheduling," in proc. of 41st annual conference on information sciences and systems ciss, baltimore, md, usa, march 2007, pp. 536-541, onde um algoritmo em linha baseado na solução de preenchimento com água é proposto. embora essa abordagem propicie uma alocação ideal de bloco de recursos (alocação de rb), a integridade do rendimento entre os usuários não é levada em consideração. um mecanismo computacionalmente eficiente do controle de potência é descrito em d. kivanc, o. li, and h. liu, "computationally efficient bandwidth allocation and power control for ofdma," ieee transactions on wireless communications, vol. 2, no. 6, pp. 1150 - 1158, 2003, onde o problema da minimização da potência alvo é descrito. no entanto, a alocação conjunta de subportadora e de potência é dividida em dois estágios, desse modo não levando em conta a dependência entre os dois. além disso, dois algoritmos de alocação vorazes são sugeridos, de modo que a consideração da integridade é reduzida a uma restrição de taxa mínima. uma outra abordagem conhecida é o chamado escalonamento satisfatório proporcional (pf) de múltiplas portadoras, que é descrito em h. kim, k. kim, y. han, and s. yun, "a proportional fair scheduling for multicarrier transmission systems," in proc. of 60lh vehicular technology conference, vtc, vol. 1, sep, 2004, pp. 409-413. o escalonamento pf de múltiplas portadoras é baseado em uma métrica de escalonamento pf genérica, a maximização da soma de taxas médias logarítmicas do usuário. embora os ganhos de desempenho em relação aos escalonadores round-robin sejam obtidos, a grande complexidade do algoritmo torna o mesmo inadequado para os sistemas de quarta geração (40) ofdma. em r. kwan, c. leung, and j. zhang, "proportional fair multiuser scheduling in lte," ieee signal processing letters, vol. 16, no. 6, pp. 461-464, jun 2009, um escalonador satisfatório proporcional subideal de menor complexidade (pfs) é descrito, onde as subportadoras são programadas sequencialmente. no entanto, isto causa perdas grandes de rendimento da soma, especialmente quando a distribuição da relação entre o sinal e a interferência mais ruído (sinr) do usuário é irregular, que é em geral o caso nas redes celulares. em m. khedr, i. el-rube, y. hanafy, and h. abou-zeid, "subcarrier opportunistic proportional fair scheduling for ofdma systems," in proc. of 4th international coriference on internet ici, tashkent, sep. 2008, pp. 1-5, é descrito o escalonamento de pf oportunista de subportadora, onde uma subportadora é atribuída ao usuário com a melhor resposta ponderada em relação à resposta média dos outros usuários na subportadora. embora esse esquema propicie ganhos razoáveis de capacidade-integridade, ele só é apropriado para o enlace descendente e deve ter que ser modificado apropriadamente para o enlace ascendente. as abordagens descritas acima no estado da técnica tratam de escalonamento, as quais são separadas de aproximações de controle de potência. por exemplo, o controle de potência para redes de ofdm envolve um esquema fracionário de controle de potência (fpc) tal como, por exemplo, descrito em a. rao, "reverse link power control for managing inter-cell interference in orthogonal multiple access systems," in proc of vehicular technology conference (vtc), oct. 2007, pp. 1837 - 1841. esse esquema oferece uma ligeira adaptação ao controle de potência convencional para equilibrar a eficiência espectral e a taxa de bits de borda de célula. no entanto, muitos usuários não irão atingir as suas sinr alvo, de modo que o rendimento do usuário vai ser penalizado. uma extensão para fpc é descrita em z. li, y. wang, and d. yang, "a novel power control scheme in ofdma enlace ascendente," in proc. of international conference on signal processing (icsp), 2008, pp. 2880 -2883, onde a expressão do controle de potência leva em consideração a interferência causada às células vizinhas. embora isso atinja um aumento modesto da capacidade, o nível médio de interferência a outras células não é reduzido, porém somente a variação o é. em l. k. tee, c. van rensburg, and j.-a. tsai, "enlace ascendente power control for an ofdma mobile cellular system," in proc. of the vehicular technology conference, baltimore, md, sep. 1 oct. 2007, por outro lado, um controle de potência de circuito fechado é descrito, o qual oferece ganhos significativos no rendimento do usuário e na potência de transmissão, no entanto isso é conseguido somente para as sinrs muito baixas, ao passo que quase nenhum benefício pode ser visto na faixa de sinrs elevadas. um objetivo da invenção consiste na provisão de uma abordagem aperfeiçoada para controle em uma interferência de um sistema de comunicação sem fio através do ajuste da potência de transmissão, enquanto é maximizada a eficiência espectral. esse objetivo é atingido por um método de acordo com a reivindicação 1, por um escalonador de acordo com a reivindicação 14, e por uma rede sem fio de acordo com a reivindicação 15. as modalidades da invenção fornecem um método para o escalonamento de usuários em um ambiente celular de tal maneira que um controle de potência ideal de pareto pode ser aplicado, em que em cada célula do ambiente celular há uma pluralidade de usuários, em que o método compreende: o escalonamento dos usuários de tal maneira que um número de grupos de usuários interferentes de célula diferentes que satisfazem uma condição de exequibilidade para o controle de potência ideal de pareto é maximizado. as modalidades da invenção apresentam um escalonador para uma rede sem fio que tem uma pluralidade de células, cada uma das quais inclui uma pluralidade de usuários, e o escalonador é configurado para escalonar os usuários de acordo com modalidades da invenção. as modalidades da invenção apresentam uma rede sem fio que compreende uma pluralidade de células, cada uma das quais inclui uma pluralidade de usuários, e um escalonador de acordo com modalidades da invenção. ainda uma outra modalidade da invenção apresenta um produto de programa de computador que compreende um programa que inclui instruções armazenadas por um meio que pode ser lido por computador, em que as instruções executam um método de acordo com modalidades da invenção quando o programa é rodado em um computador. de acordo com uma modalidade, o escalonamento compreende a iteração através de combinações de usuários nas células, e o alocamento de blocos de recursos aos usuários de tal maneira que as combinações que satisfazem a condição de exequibilidade são programadas como interferentes. de acordo com a modalidade, o escalonamento compreende a busca de todas as combinações de usuários, em que cada combinação inclui um usuário em uma célula vizinha, a adição a um conjunto de candidatos de cada combinação que satisfaz a condição de exequibilidade, e a alocação dos u