BRPI1105488A2 - Método para designar sub-bandas de frequência para vários nós interferentes em uma rede de comunicação sem fio, controlador para uma rede de comunicação sem fio e rede de comunicação sem fio - Google Patents

Abstract

Método para designar sub-bandas de frequência para vários nós interferentes em uma rede de comunicação sem fio, controlador para uma rede de comunicação sem fio e rede de comunicação sem fio. A presente invenção refere-se a um método que designa subbandas de frequência para vários nós interferentes em uma rede de comunicação sem fio, onde o número de sub-bandas designadas para um nó depende da condição de interferência do nó, onde à medida que o nó se defronta com menos interferência mais sub-bandas são designadas para o mesmo.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODO

PARA DESIGNAR SUB-BANDAS DE FREQUÊNCIA PARA VÁRIOS NÓS INTERFERENTES EM UMA REDE DE COMUNICAÇÃO SEM FIO, CON- TROLADOR PARA UMA REDE DE COMUNICAÇÃO SEM FIO E REDE DE COMUNICAÇÃO SEM FIO".

As concretizações da invenção referem-se ao campo de redes de comunicação sem fio, mais especificamente, com o campo de rede hete- rogêneas compreendendo femtocélulas. Mais especificamente, as concreti- zações dizem respeito a um método para designar sub-bandas de frequên- cia para vários nós interferentes em uma rede de comunicação sem fio, com um controlador para uma rede de comunicação sem fio e com um sistema de comunicação sem fio incluindo tal controlador.

As redes heterogêneas prometem alta performance de sistema em termos de capacidade e de cobertura. Uma femtocélula é uma das par- tes importantes de tais redes. Nas redes onde femtocélulas são empregadas densamente, a atenuação de interferência entre tais femtocélulas se tornar crucial de modo a proporcionar uma qualidade de serviço (QoS) desejada.

Nas redes sem fio, o tráfego de dados aumenta dia a dia e os operadores de móvel se defrontam com dificuldades em satisfazer as demandas dos usuá- rios. Uma solução para este problema é a introdução de um ponto de acesso de femtocélula (FAP) também conhecido como Nó B evoluído (HeNB). Estes pontos de acesso ou nós são pequenas estações bases empregadas pelos usuários e são principalmente utilizadas para ambientes internos. A figura 1 é uma representação esquemática de uma célula da rede 100 compreen- dendo uma estação base 102. Na figura 1, um ambiente interno 104 é es- quematicamente ilustrado, o qual se situa dentro da célula 100. O ambiente interno 104, por exemplo, inclui um primeiro aposento 1041 e um segundo aposento 1042. Em cada aposento 104-i e 1042 um ponto de acesso de fem- tocélula ou nó B evoluído doméstico empregado por um usuário é indicado pelos símbolos de referência HeNB-1 e HeNB-2. Dentro de cada aposento 104ϊ e 1042, um equipamento do usuário FUE-1 e FUE-2 está posicionado.

Adicionalmente, dentro da célula 100, um equipamento móvel do usuário MUE é apresentado. O equipamento do usuário FUE-1 posicionado no pri- meiro aposento 104! do ambiente interno 104 diretamente se comunica com a estação base 102 como é indicado pela seta 1. O equipamento móvel do usuário MUE proporcionado fora do ambiente 104 e dentro da célula 100 se comunica com o ponto de acesso de femtocélula HeNB-1, como indicado pela seta 2. No segundo aposento 1042 do ambiente interno 104, um equi- pamento do usuário adicional FUE-2 é proporcionado, o qual também se comunica com o ponto de acesso de femtocélula HeNB-1 no primeiro apo- sento 104i do ambiente interno 104. A vantagem principal dos HeNBs é a melhora significativa na cobertura interna e na capacidade que não pode ser alcançada pela utiliza- ção somente de macrocélulas, como é, por exemplo, descrito por H. Claus- sen em "Performance of Macro- and Co-Channel Femtocells in a Hierarchi- cal Cell Struture", em Proc. Of the 18th IEEE International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications (PIMRC), Atenas, Grécia, 3 a 7 de setembro de 2007, págs. 1 até 5, e por Z. Bharucha, H.

Haas, A. Saul e G. Auer, em "Throughput Enhancement through FemtoCell Deployment", European Transactions on Telecommunications, vol. 21, no. 4, pp. 469 até 477, 31 de março de 2010. Desde que a área de cobertura de um HeNB é pequena, o espectro disponível pode ser reutilizado mais fre- quentemente. Além disso, à medida que os usuários em ambientes internos são servidos por HeNBs, a carga de tráfego da macrocélula 100 diminui, o que é outra vantagem do emprego de femtocélula pelos operadores, como também é descrito por V. Chandrasekhar, J. Andrews e A. Gatherer em "Femtocell Networks: A Survey", IEEE Communication magzine, vol. 46, nO. 9, págs. 59 até 67, 2008.

Entretanto, o emprego de femtocélulas também vem com alguns problemas. Dentre tais problemas, a interferência entre femtocélulas (interfe- rência de co-canal) precisa mais atenção, especialmente em redes onde as femtocélulas são densamente empregadas, tal como uma rede de uma companhia, um centro comercial, etc. Diferente das macrocélulas, as femto- células são colocadas pelos usuários finais, de modo que o planejamento de frequência não é possível. Em adição, podem existir situações onde duas femtocélulas são empregadas muito próximas uma da outra, e em tais situa- ções, os equipamentos de usuário (UEs) defrontam-se com uma alta interfe- rência a partir de femtocélulas adjacentes, e estes UEs provavelmente não ficarão operacionais. Na figura 1, tal situação de interferência é esquemati- camente apresentada entre o equipamento do usuário FEU-2 no segundo aposento 1042 e o HeNB-1 no primeiro aposento 104i do ambiente interno.

Assim, o emprego de femtocélulas permite um aumento na cobertura, um aumento na taxa de transmissão de dados, mas, entretanto, isto vem com um aumento na interferência. Assim, abordagens convencionais têm o pro- blema de que a experiência do usuário em redes de femtocélulas não pode ser mantida em um nível aceitável.

Uma solução conhecida para este problema é aplicar uma abor- dagem de particionamento de recurso. De acordo com tal abordagem, vizi- nhos interferindo uns com os outros utilizam diferentes sub-bandas, as quais também são chamadas sub-bandas de prioridade, possuindo uma potência máxima de transição. O restante das sub-bandas, as assim chamadas sub- bandas secundárias, não são utilizadas ou são utilizadas com um controle de potência de modo a não interferirem com a banda de prioridade da fem- tocélula adjacente. A figura 2 ilustra a abordagem de atenuação de interfe- rência pelo particionamento de recurso. A figura 2(A) apresenta um exemplo de três células A, B e C adjacentes umas as outras, cada célula compreen- dendo uma estação base eNBA, eNBB e eNBc. A primeira célula A utiliza um primeiro recurso 1, por exemplo, uma primeira banda de frequência, dentro de uma faixa de frequências disponível. A segunda célula B utiliza um se- gundo recurso 2, por exemplo, uma segunda banda de frequência, e a célula C utiliza um terceiro recurso 3, por exemplo, uma terceira sub-banda de fre- quência. A figura 2(B) ilustra como a atenuação de interferência pelo parti- cionamento de recurso é obtida, a saber, pela seleção das sub-bandas 1 até 3 de um modo tal que as células A até C utilizam sub-bandas de prioridade que não se sobrepõem dentro da faixa de frequências disponível F. Na figura 2(B), é apresentado um exemplo compreendendo as três células adjacentes A, B e C, no qual uma primeira banda de frequência 1 é utilizada pela Célula A, ao passo que as sub-bandas restantes, as subbadnas secundárias ii e iii, não são utilizadas ou são utilizadas com potência reduzida quando compa- rado com a sub-banda de prioridade 1. De uma maneira similar, a célula B possui a sub-banda de prioridade, a sub-banda 2 e as sub-bandas secundá- rias restantes i e iii não são utilizadas ou são utilizadas com uma potência reduzida. O mesmo é verdadeiro para a célula C utilizando a terceira sub- banda 3, onde a primeira e a segunda sub-bandas secundárias i e ii não são utilizadas ou são utilizadas com uma potência reduzida. Como pode ser visto a partir da figura 2, maximizar a capacidade do sistema e manter uma expe- riência aceitável pelo usuário para todos os usuários podem ser metas con- traditórias. O gerenciamento de interferência pelo particionamento de recur- so permite ao usuário do centro da célula utilizar todos os recursos com po- tência reduzida, enquanto os usuários da borda da célula recebem bandas de prioridade, onde eles podem transmitir com potência plena.

Assim, os UEs para os quais uma sub-banda de prioridade é permitida se defrontam com menos interferência e desfrutam de valores de capacidade mais elevados. Entretanto, o particionamento de recurso diminui a eficiência do recurso da rede. Quanto mais largura de banda é designada como uma banda secundária, menos recursos são utilizados com potência máxima disponível. Para as redes de macrocélula, uma variedade de abor- dagens de particionamento de recursos são conhecidas. Em tais redes, os vizinhos de uma estação base são conhecidos a priori incluindo as localiza- ções e os IDs de célula. Dependendo do número de vizinhos e de localiza- ções, a banda de frequência total é dividida em regiões ortogonais e cada estação base utiliza uma destas regiões como sua sub-banda de prioridade.

Utilizar tal abordagem pode ser difícil em redes de femtocélulas e a abordagem de particionamento de recurso descrita acima pode não ser aplicável em tais redes facilmente. A figura 3 apresenta uma representação esquemática para ilustrar como as sub-bandas de prioridade utilizando a abordagem de particionamento de recurso podem ser designadas em uma rede de femtocélulas. A figura 3(A) ilustra esquematicamente um ambiente interno 104 possuindo vários aposentos 104i até 104io no qual os aposentos 104i até 1046 os respectivos pontos de acesso de femtocélula A até F são instalados ou empregados por um usuário. Por exemplo, na figura 3, podem existir três FAPs (pontos de acesso a femtocélula), A, B e C, no começo.

Neste caso, o particionamento de recurso como apresentado na figura 2 po- de ser utilizado. Entretanto, após certo tempo, FAPs adicionais, por exemplo, D, E e F, podem entrar na rede. Como pode ser visto, os pontos de acesso de femtocélula (HeNBs) são proporcionados nos aposentos vizinhos 104i até 1045 enquanto o ponto de acesso de femtocélula F é disposto no apo- sento 1046 distante dos pontos de acesso de femtocélula restantes. As setas na figura 3(A) ilustram os possíveis caminhos de interferência entre as res- pectivas femtocélulas, e como pode ser visto, é assumido que a célula A po- de interferir com as células B até E, mas não com a célula F. A célula B no aposento 1042 é assumida como interferindo com as células A e C, mas não com as células D e F. A célula C no aposento 1043 é assumida como interfe- rindo com as células A e B, mas não com as células D e F. As células D e E são assumidas como interferindo somente com a célula A, enquanto a célula F, como mencionado acima, está adicionalmente longe das células restantes de modo que nenhuma interferência é assumida. Aplicar a abordagem des- crita acima de particionamento de recursos produz uma distribuição de sub- banda de frequência como é apresentado na figura 3(B), a qual é similar à distribuição apresentada na figura 2(A), pelo fato de que as três sub-bandas disponíveis dentro da faixa de frequências são distribuídas entre as células A, B e C, entretanto, isto não cobre as células D, E e F, como indicado pelos sinais de interrogação na figura 3(B). Assim, a figura 3 apresenta a necessi- dade de particionamento dinâmico de recursos. O particionamento dinâmico de recursos pode ser feito de um modo centralizado ou de um modo distribu- ído.

Em uma abordagem distribuída, cada estação base determina os recursos utilizados por ela própria. Os métodos de particionamento de recurso distribuído nas redes de macrocélulas e de femtocélulas são descri- tos, por exemplo, por: Υ. -Υ. Li, Μ. Macuha, Ε. Sousa, Τ. Sato, e Μ. Nanri, "Cognitive interference management in 3G femtocells", in Personal, Indoor and Mobile Radio Communications, 2009 IEEE 20th International Symposium on, Sep. 13-16 2009, pp. 1118-1122, J. Ling, D. Chizhik, e R. Valenzuela, "On Resource Allocation in Dense Femto-deployments," in Microwaves, Communications, Antennas and Electronics Systems, 2009, COMCAS 2009, IEEE International Conference on, Nov. 9-11 2009, pp. 1-6, J. Ellenbeck, C. Hartmann, e L. Berlemann, "Decentralized Inter- Cell Interference Coordination by Autonomous Spectral Reuse Decisions," in Wireless Conference, 2008, EW 2008, 14 European, Jun. 22-25 2008, pp. 1- 7, e C. Lee, J.-H Huang, e L.-C. Wang, "Distributed Channel Selec- tion Principies for Femtocells with Two-Tier Interference," in Vehicular Tech- nology Conference (VTC 2010 - Spring), 2010 IEEE 71st, May 16-19 2010, pp. 1-5.

De acordo com tais métodos conhecidos, cada (H)eNB utiliza somente um número predefinido de sub-bandas para transmissão. Alterar as condições de interferência não é reconhecido nem manipulado. Outra defici- ência de tais abordagens é que os recursos a serem utilizados são determi- nados por se escutar o ambiente e não existe coordenação entre os (H)eNBs adjacentes. Assim, de acordo com a abordagem distribuída, os nós ou pontos de acesso de frequência determinam os recursos que eles irão utilizar, entretanto, somente um número predefinido de recursos por nó ou (H)eNB é utilizado, o que resulta em uma pobre utilização de sub-banda e em um problema de convergência.

Na abordagem central, por outro lado, existe um controlador central que pega a informação de interferência a partir de todos os nós ou (H)eNBs e designa as sub-bandas de prioridade para cada (H)eNB de acor- do com estas realimentações. Desde que as bandas de prioridade são de- signadas de forma central, uma utilização de recurso mais eficiente pode ser obtida. A abordagem central proporciona uma rápida convergência, é eficaz para redes onde as células são densamente empregadas, mas, entretanto, precisa de um controlador central tal como o HeNB-GW (GW = Dispositivo de Interconexão de Rede). A abordagem mais comum utilizada na designação central de recursos é a assim chamada teoria de gráfico onde a relação de interferên- cia entre as células em mapeada para um gráfico (gráfico de interferência). A figura 4 apresenta um exemplo de uma abordagem para designação de re- curso utilizando a teoria de gráfico. A figura 4(A) apresenta uma representa- ção esquemática de um ambiente interno compreendendo seis aposentos 104i, 1042, 1043, 1044, 1045 e 1046. Neste ambiente interno 104, os aposen- tos 104i até 1043 são proporcionados com (H)eNBs A até C. Os círculos ao redor dos nós A até C apresentam sua faixa. Como pode ser visto, as faixas se sobrepõem. Adicionalmente, de acordo com a abordagem central, um controlador central 106 é proporcionado, o qual reúne a partir dos respecti- vos nós A te C a respectiva informação de interferência. O controlador cen- tral 106 gera um gráfico de interferência que é representado na figura 4(B), onde os vizinhos interferindo são, por exemplo, definidos de acordo com um parâmetro limite predefinido (por exemplo, SINR = Razão Sinal-Ruído de Interferência). No gráfico de interferência 108, os nós A até C correspondem a uma respectiva célula (indicada pelos círculos na figura 4(A)) e as bordas conectando dois nós representam a interferência entre as respectivas célu- las. Desde que as células ou faixas dos nós A até C estão cruzando ou se sobrepondo, o gráfico de interferência 108 apresenta que cada um dos nós A até C interfere com seu nó adjacente.

Uma vez que o gráfico de interferência, como o gráfico de inter- ferência na figura 4(B), é gerado, sub-bandas de prioridade são designadas de acordo com as restrições no gráfico de interferência. Isto é geralmente feito pela aplicação de algoritmos de coloração de gráfico que possuem uma baixa complexidade. A designação de recurso utilizando os algoritmos de coloração de gráfico para uma rede de macrocélulas é descrito por: Chang, Z. Tao, J. Zhang, e C.-C. Kuo, "A Graph Approach to Dynamic Fractional Frequency Reuse (FFR) in Multi-Cell OFDMA Networks," in Communications, 2009, ICC '09, IEEE International Conference on, Jun. 14-18, 2009, pp. 1-6, M.C. Necker, "Integrated scheduling and interferences coordína- tíon in cellular OFDMA networks," in Broadband Communications, Networks and Systems, 2007, BROADNETS 2007, Fourth International Conference on, Sep. 10-14 2007, pp. 559-566, e "A Graph-Based Scheme for Distributed Interference Coordína- tion in Cellular OFDMA Networks," in Vehicular Technology Conference, 2008, VTC Spring 2008, IEEE, May 11-14 2008, pp. 713-718. O gráfico de interferência é construído baseado nos UEs. Desde que as condições de interferência dos UEs alteram mais frequentemente, tais gráficos de interferência devem ser atualizados mais frequentemente, o que causa uma alta quantidade de sinalização. Além disso, em Chang, Z.

Tao, J. Zhang, e C.-C. Kuo, "A Graph Approach to Dynamic Fractional Fre- quency Reuse (FFR) in Multi-Cell OFDMA Networks," in Communications, 2009, ICC Ό9, IEEE International Conference on, Jun. 14-18, 2009, pp. 1-6, a eficiência da utilização de sub-bandas da rede como um todo não é pro- fundamente investigada. Por outro lado, em "A Graph-Based Scheme for Distributed Interference Coordination in Cellular OFDMA Networks," in Vehi- cular Technology Conference, 2008, VTC Spring 2008, IEEE, May 11-14 2008, pp. 713-718, os UEs são coloridos com uma ou mais cores por um controlador central e então cada estação base aloca para suas UEs de ser- viço uma ou mais partições de serviço entre o conjunto de cores designados dos UEs de um modo a aumentar a alocação de recurso. Além da coloração de gráfico, em D. López Pérez, G. de Ia Roche, A. Valcarce, A. Juttner, and J. Zhang, "Interference avoidance and dynamic frequency planning for wimax femtocells networks," in Communication Systems, 2008, ICCS 2008, 11th IEEE Singapore International Conference on, Nov. 19-21 2008, pp. 1579- 1584, uma entidade central designa os recursos utilizando uma função de otimização para minimizar a interferência da rede como um todo. Neste mé- todo, a quantidade de recursos designados para (H)eNBs é estimada de a- cordo com as demandas de tráfego de cada (H)eNB ao invés do que de a- cordo com as condições da interferência. Portanto, sob situações de alta carga de tráfego, onde todos os (H)eNBs requerem grandes larguras de bandas, esta abordagem irá falhar em designar uma sub-banda livre de in- terferência para um usuário da borda da célula.

Assim, as abordagens convencionais descritas acima para de- signar as respectivas sub-bandas para as estações base não são aplicáveis para as redes de femtocélulas e são desvantajosas à medida que elas não exploram o espaço possível completo de frequências que pode estar dispo- nível e que é necessário para efetivamente designar sub-bandas de priori- dade em um ambiente dinâmico como em uma rede de femtocélulas. Ao in- vés disso, todas as abordagens da técnica anterior lidando com o problema de designar sub-bandas de prioridade simplesmente selecionam uma dentre uma série de sub-bandas possíveis, em geral de forma aleatória, de modo que devido às sub-bandas não utilizadas, uma diminuição na taxa de trans- missão efetiva é experimentada. A abordagem descrita por M.C. Necker, "Integrated scheduling and interferences coordination in cellular OFDMA networks,’1 in Broadband Communications, Networks and Systems, 2007, BROADNETS 2007, Fourth International Conference on, Sep. 10-14 2007, pp. 559-566 lida com macrocélulas e não é aplicável para redes de femtocé- lulas devido a cada estação base utilizar seu recurso entre os setores após as sub-bandas serem alocadas para o equipamento do usuário. Entretanto, em uma rede de femtocélulas, o HeNB possui somente um setor de modo que esta abordagem não melhoraria a performance como ela faz nas redes de macrocélula. É um objetivo da invenção proporcionar uma abordagem melho- rada para designar sub-bandas de frequência em uma rede de comunicação sem fio possuindo vários nós onde pelo menos alguns dos nós são nós inter- fere ntes.

Este objetivo é alcançado por um método de acordo com a rei- vindicação 1, e por um controlador de acordo com a reivindicação 12. A presente invenção proporciona um método para designar sub- bandas de frequência para vários nós que interferem em uma rede de co- municação sem fio, onde uma série de sub-bandas designadas para um nó dependem das condições de interferência do nó, onde à medida que o nós se defronta com menos interferência, mais sub-bandas são designadas para o mesmo. A presente invenção adicionalmente proporciona um controlador para uma rede de comunicação sem fio que inclui vários nós. O controlador compreende um armazenamento configurado para receber e armazenar uma lista de vizinhos para os vários nós, e um processador configurado para designar sub-bandas de frequência para os nós que interferem da rede de comunicação sem fio, onde os nós interferentes são determinados a partir de uma lista de vizinhos, e onde o processador é configurado para designar uma série de sub-bandas para um nó dependendo da condição de interfe- rência do nó, onde à medida que o nó se defronta com menos interferência, mais sub-bandas são designadas para o mesmo.

As concretizações da invenção também proporcionam um produ- to de programa de computador compreendendo um programa incluindo ins- truções armazenadas por um portador legível por máquina, as instruções executando um método de acordo com as concretizações da invenção quando executadas em um computador.

Concretizações adicionais proporcionam um sistema de comuni- cação sem fio compreendendo vários nós, onde pelo menos alguns dos nós são nós interferentes, e um controlador central de acordo com as concretiza- ções da invenção. A abordagem da invenção, diferente das abordagens da técnica anterior descritas acima, instrui designar para um nó específico o máximo de sub-bandas possíveis, posto que as condições de interferência com nós vizi- nhos permita a colocação de sub-bandas adicionais. Assim, existe uma pos- sibilidade de designar para pelo menos alguns dos nós na rede várias sub- bandas, desse modo aumentado a eficiência e a taxa de transmissão efetiva. A abordagem da invenção leva em consideração a natureza di- nâmica do ambiente de uma rede de femtocélulas e especialmente que o número e a posição e os vizinhos podem alterar durante a operação, de mo- do que o planejamento de frequência antecipado não é possível. Portanto, a abordagem da invenção instrui uma técnica dinâmica de atenuação de inter- ferência para designar bandas de prioridade desse modo proporcionando uma alta eficiência de utilização de sub-banda. Mais especificamente, desde de que nas redes de femtocélulas o número de vizinhos altera durante a o- peração de uma rede de femtocélulas, sub-bandas de prioridade utilizadas pelas femtocélulas são determinadas e atualizadas dinamicamente depen- dendo das condições de interferência. Além disso, o ambiente de interferên- cia de cada femtocélula é diferente de cada outra, o que significa que uma femtocélula possuindo menos vizinhos interferindo pode utilizar mais sub- bandas como sub-bandas de prioridade. Por consequência, de modo a au- mentar a eficiência da utilização de recurso, e por consequência, a capaci- dade geral do sistema, as femtocélulas utilizam o máximo de bandas de prio- ridade possível dependendo das localizações e do número de vizinhos. A abordagem da invenção lida com situações como apresenta- das na figura 3 quando nós adicionais entram na rede e proporciona um mé- todo dinâmico de particionamento de recurso que decide qual sub-banda deve ser designada para qual HeNB. A abordagem da invenção permite um alinhamento apropriado de sub-banda entre os HeNBs independente do fato de que relações entre vizinhos entre estes FAPs não são antecipadamente conhecidas.

As concretizações da presente invenção instruem um método de particionamento de recurso em redes de femtocélulas, e como mencionado acima, um objetivo é aumentar a taxa de transmissão efetiva dos equipa- mentos de usuário sofrendo alta interferência. As bandas (sub-bandas) de frequência são distribuída entre as femtocélulas de um modo que femtocélu- las vizinhas não utilizam a mesma sub-banda, e para este propósito, de a- cordo com as concretizações, um novo método de designação central de recursos é desenvolvido utilizando a abordagem de gráfico e a designação de sub-bandas em termos de eficiência.

De acordo com concretizações, designar sub-bandas para nós que interferem compreende, para cada um dos vários nós que interferem, selecionar uma sub-banda de frequência que cause uma diminuição mínima na utilização da sub-banda na rede, determinando, para cada sub-banda de frequência, um ou mais dentre os nós que interferem que se defrontam com menos ou nenhuma interferência com uma ou mais das sub-bandas de fre- quência restantes, e selecionar um ou mais dentre os nós que interferem que causam uma diminuição mínima na utilização de sub-banda em uma rede, e designar as respectivas uma ou mais sub-bandas de frequência res- tantes para os nós interferentes seletivos. A utilização da sub-banda pode ser definida baseada no número de nós interferindo com o nó escolhido para o qual uma sub-banda específica é designada. Por exemplo, a utilização de sub-bandas é a porcentagem de sub-bandas de prioridade designadas em relação a todas as sub-bandas disponíveis. Por exemplo, se o sistema pos- suir 4 sub-bandas e forem designadas para um HeNB 2 sub-bandas como sub-bandas de prioridade, então, a utilização de sub-bandas do HeNB se torna 50%. De acordo com concretizações, a utilização de sub-bandas pela designação de uma sub-banda específica para um nó escolhido é definida baseada nos custos da designação de sub-banda para a rede, onde os cus- tos são determinados baseados em um conjunto de nós, cada nó destes possuindo as seguintes propriedades (a) o nó é um vizinho do nó escolhido, (b) a sub-banda específica não é designada para o nó, e (c) a sub-banda específica não é designada para um vizinho do nó, onde a diminuição na utilização de sub-banda é mínima quando os custos são mínimos.

De acordo com concretizações, selecionar uma sub-banda de frequência para cada um dos vários nós que interferem pode compreender para cada nó interferente a seleção de um nó interferente possuindo o maior número de nós vizinhos (por exemplo, classificando os nós de acordo com seu grau de saturação que é o número de diferentes sub-bandas com as quais um dado nó pode ser conectado), descobrindo, para o nó selecionado, sub-bandas disponíveis que podem ser designadas para o nó selecionado como uma sub-banda de prioridade, no caso em que existem uma ou mais sub-bandas disponíveis, e no caso de não existir sub-banda disponível, não selecionar sub-banda para o nó. As etapas recém mencionadas podem ser repetidas um número de vezes predeterminado, o número de vezes prede- terminado pode ser definido pelo número mínimo de sub-bandas de priorida- de que se tenta designar para cada nó.

De acordo com concretizações adicionais, as etapas de determi- nar e selecionar os nós interferentes e designar as sub-bandas de frequên- cia podem compreender, para cada sub-banda, determinar todos os nós dis- poníveis para os quais a sub-banda pode ser designada como uma sub- banda de prioridade, designar a sub-banda para o nó que causa uma dimi- nuição mínima na utilização da sub-banda, e no caso de mais do que um nó proporcionar uma diminuição mínima na utilização da sub-banda, designar a sub-banda para estes nós possuindo um número mínimo de sub-bandas de- signadas para os mesmos.

De acordo com concretizações, os nós interferentes são pontos de acesso de femtocélulas formados pelas estações base empregadas pelos usuários, onde os nós interferentes são nós vizinhos, onde um vizinho de um dado nó é definido como um nó que causa interferência com uma unidade móvel servida pelo dado nó, onde cada nó presta serviço para uma ou mais unidades móveis.

De acordo com outras concretizações, a rede de comunicação sem fio pode compreender um controlador central que designa sub-bandas de frequência para os nós interferentes, onde o controlador central mantém uma lista de vizinhos para cada femtocélula. Nesta concretização, no caso de uma alteração em uma ou mais listas de vizinhos, a alteração é reportada para o controlador central, e o controlador, em resposta a uma alteração, dinamicamente designa novamente as sub-bandas de frequência para os nós interferentes.

De acordo com concretizações adicionais, no caso em que de- signar as sub-bandas de frequência resulta em um ou mais nós interferentes não tendo designado para os mesmos uma sub-banda, qualquer nó interfe- rente não designado tem designado uma sub-banda que é utilizada pelo número mínimo de nós vizinhos ao nó que não recebeu a designação.

De acordo com uma concretização preferida, para alcançar a a- tenuação dinâmica de interferência entre femtocélulas, um novo método de particionamento de recurso é descrito, o qual é um método dinâmico de reu- tilização de frequência baseado em gráfico (GB-DFRM). O objetivo principal deste método é dinamicamente designar as sub-bandas de prioridade de femtocélulas que podem ser utilizadas para melhorar a taxa de transmissão efetiva dos equipamentos de usuário na borda da célula. O GB-DFRM utiliza a flexibilidade no número de sub-bandas designadas que depende das con- dições de frequência em cada célula. À medida que a célula se defronta com menos interferência, mais sub-bandas são designadas para a mesma e isto leva a um aumento na eficiência de recurso da rede.

De acordo com uma concretização no GB-DFRM, um controla- dor central coleta os IDs dos vizinhos que interferem a partir das femtocélu- las e mapeia esta informação para um gráfico de interferência. Então, de acordo com as restrições no gráfico de interferência, ele designa sub-bandas de prioridade a partir do conjunto de sub-bandas S com uma cardinalidade | S | = S para as respectivas femtocélulas. Para este propósito, um algoritmo modificado de coloração de gráfico é utilizado de acordo com concretizações da invenção, o qual considera a eficiência de utilização da sub-banda. De modo a proporcionar uma distribuição justa de sub-bandas de prioridade en- tre as femtocélulas, especialmente quando o conjunto de sub-bandas S é grande, um parâmetro do projeto smin pode ser utilizado, o qual corresponde ao número mínimo de sub-bandas de prioridade que o GB-DFRM tenta de- signar para cada femtocélula. A extensão do conceito de reutilização de frequência de célula para as redes heterogêneas possui o efeito de que ela permite uma reutiliza- ção dinâmica de frequência, onde o número de sub-bandas e o cenário de interferência não são conhecidos a priori. Diferente das abordagens tradicio- nais de planejamento de frequência, o novo método permite um emprego não coordenado das respectivas estações base enquanto proporcionando uma maior utilização de largura de banda do que a que pode ser alcançada por abordagens conhecidas da técnica anterior, enquanto requerendo so- mente pouca complexidade e custo de computação. O GB-DFRM possui as seguintes vantagens: - Para cada femtocélula é designada uma sub-banda de priori- dade: o GB-DFRM designa para cada femtocélula sub-bandas de prioridade que não são utilizadas ou são utilizadas com controle de potência pelos vizi- nhos que interferem da respectiva femtocélula. - Designação dinâmica de recurso: Um controlador central atua- liza o gráfico de interferência baseado nos relatórios a partir das femtocélu- las e designa novamente as sub-bandas de prioridade para as mesma à medida que as condições de interferência alteram. - O GB-DFRM considera a eficiência na utilização de recurso: Sub-bandas de prioridade são designadas para femtocélulas de um modo que elas podem ser reutilizadas por outras femtocélulas na rede o máximo possível. - Largura adaptável da sub-banda de prioridade: Se um número total de sub-bandas do sistema, S, for aumentado por ajustar o parâmetro smin, uma largura de banda mínima designada para uma femtocélula pode ser mantida em uma faixa desejada.

Menos complexidade: O condutor central somente precisa os IDs destes vizinhos interferindo com uma respectiva femtocélula, e baseado nestes dados, o controlador designa as sub-bandas de prioridade por utilizar algoritmos de coloração de gráfico e de pesquisa que possuem uma baixa complexidade e baixo custo.

As concretizações da presente invenção serão descritas no dito a seguir com respeito aos desenhos acompanhantes, nos quais: A figura 1 é uma representação esquemática de uma célula da rede compreendendo uma estação base, A figura 2 ilustra a abordagem de atenuação de interferência pe- lo particionamento de recurso, onde a figura 2(A) apresenta um exemplo de três células adjacentes, e a figura 2(B) ilustra como a atenuação de interfe- rência pelo particionamento de recurso é alcançada, A figura 3 apresenta uma representação esquemática para ilus- trar como sub-bandas de prioridade utilizando a abordagem de particiona- mento de recurso podem ser designadas em uma rede de femtocélulas, on- de a figura 3(A) ilustra esquematicamente um ambiente interno possuindo vários pontos de acesso de femtocélula, e onde a FIG. 3(B) apresenta uma distribuição de sub-banda de frequência obtida pela aplicação de uma abor- dagem de particionamento de recurso, A figura 4 apresenta um exemplo de uma abordagem para de- signação de recurso utilizando a teoria de gráfico, onde a figura 4(A) apre- senta uma representação esquemática de um ambiente interno, e onde a figura 4(B) apresenta um gráfico de interferência gerado por um controlador central, A figura 5 apresenta um modelo de grade 5 x 5 de uma rede de femtocélulas, A figura 6 apresenta um exemplo de um gráfico de interferência e uma designação de sub-banda de prioridade após a aplicação de um algo- ritmo de coloração, onde a figura 6(A) apresenta o gráfico de interferência, e onde a figura 6(B) apresenta os nós coloridos, A figura 7 ilustra as limitações da abordagem de coloração de gráfico para designar sub-bandas de frequência para os respectivos nós, onde a figura 7(A) apresenta um exemplo de um ambiente interno similar ao ambiente apresentado na figura 3(A), e onde a figura 7(B) apresenta os re- sultados da abordagem de coloração de gráfico, A figura 8 apresenta um exemplo de uma rede de femtocélulas possuindo cinco nós, A figura 9 ilustra um exemplo do método da invenção, onde a fi- gura 9(A) ilustra os resultados de uma abordagem conhecida limitada de coloração de gráfico como apresentado na figura 7(B ), e onde a figura 9(B) apresenta uma designação de sub-banda após a aplicação do método da invenção, A figura 10 ilustra outro exemplo da abordagem da invenção, onde a figura 10(A) apresenta um exemplo de uma rede possuindo cinco nós, onde a figura 10(B) apresenta a rede da figura 10(A) na qual o nó A tem designado para o mesmo em adição também a sub-banda 3, e onde a figura 10(C) apresenta a rede da figura 10(A) na qual cada um dos nós B até D tem designado para o mesmo em adição também a sub-banda 3, A figura 11 é um exemplo para um gráfico de interferência de uma rede possuindo seis nós, onde a figura 11 (A) apresenta o gráfico antes da aplicação de um algoritmo da primeira etapa do método da invenção, on- de a figura 11(B) apresenta uma designação de sub-banda obtida após uma primeira repetição do algoritmo, e onde a figura 11 (C) apresenta uma desig- nação de sub-banda obtida após uma segunda primeira repetição do algo- ritmo, A figura 12 é um gráfico apresentando a função de distribuição acumulativa (VDF) da SINR e a capacidade, A figura 13 é um gráfico comparando a performance de capaci- dade do GB-DFRM para diferentes números de sub-banda, e A figura 14 é um gráfico comparando a utilização de sub-bandas para diferentes densidades de femtocélulas.

Agora, as concretizações da invenção são descritas em detalhes baseado em um modelo como é descrito por 3GPP, "Simulation Assumpti- ons and Parameters for FDD HeNB RF Requirements," 3GPP TSG RAN WG4 R4-092042, May 2009 a partir do www.3gpp.org/ftp/Specs/. Uma rede de femtocélulas que é baseada na evolução a longo prazo (LTE) 3GPP com um modelo de grade 5 x 5 é considerada na publicação recém mencionada.

Esta é uma modelagem de HeNB densa para um emprego urbano. Neste modelo, uma construção plana com 25 apartamentos, cada um possuindo o tamanho de 10mx10m, é utilizada. Um controlador central, o qual pode ser o dispositivo de interconexão de rede HeNB (HeNB-GW) controla todas as femtocélulas da rede. A figura 5 apresenta o modelo de grade 5x5 onde os HeNBs são indicados por Δ e os UEs são indicados por O. Existe um máxi- mo de uma femtocélula em cada apartamento com uma probabilidade p. Se uma femtocélula for colocada em um apartamento, é assumida como estan- do sempre ativa e para servir a somente um móvel que também está locali- zado no mesmo apartamento. A figura 5 apresenta uma disposição ilustrati- va com as femtocélulas e os móveis. Para propósito de simplicidade, é as- sumido que não existe interferência entre uma macrocélula e a femtocélula, onde a rede de femtocélulas possui um espectro separado quando compa- rado com o espectro da rede de macrocélulas. A largura de banda do sistema é dividida em S sub-bandas i- guais. De acordo com esta concretização, cada femtocélula pode utilizar uma ou mais subbadas como sub-bandas de prioridade, dependendo de seu ambiente. A potência de transmissão por sub-banda de prioridade é Xs- Ne- nhum controle de potência é utilizado para sub-bandas secundárias, e a po- tência destas sub-bandas é estabelecida para 0. Portanto, neste contexto, as sub-bandas utilizadas por uma femtocélula são equivalentes às sub-bandas de prioridade designadas para a mesma. Em uma transmissão de enlace direto, a razão de sinal-ruído de interferência (SINR) do sinal recebido em um móvel m (equipamento do usuário UE) a partir de uma femtocélula f utili- zando a sub-banda s é calculada por: onde é a potência do sinal recebido transmitido a partir da femtocélula -^para o móvel m ' 1 «.·* é o conjunto de femtocélulas interferindo utilizando a sub-banda se 7 éo ruído térmico. A power strength recebida é calculada por; onde Xfs é a potência do sinal transmitido e Gsmf é o ganho de canal entre a femtocélula / e o móvel m, o que é o efeito combinado da perda de trajeto e sombreamento.

Para cálculos de capacidade, uma forma atenuada e truncada do método de limite de Shannon é utilizada. Ela fornece a capacidade de um canal com adaptação de ligação, o que significa selecionar os esquemas de modulação e de codificação baseados na SINR. Dada uma yms específica, a eficiência espectral de um móvel m em uma sub-banda s em [bps/Hz] é cal- culada de acordo com 3GPP, "Evolved Universal Terrestial Radio Access (E- UTRA); Radio Frequency (RF) System Scenarios," 3GPP TR 36.942 V8.2.0, Jun. 2010 a partir de www.3aDD.ora/ftD/Soecs/ como a seauir. onde a é o fator de atenuação que representa as perdas da implementação, ymm e ymax são as SINRs mínima e máxima utilizadas pelos esquemas disponíveis de modulação e codificação. Os valores destes parâmetros na direção do direto são dados na Tabela 1 (veja 3GPP, "Evolved Universal Terrestial Radio Access (E-UTRA); Radio Frequency (RF) System Scenarios," 3GPP TR 36.942 V8.2.0, Jun. 2010 a partir do www.3gpp.org/ftp/Specs/, A. Persson, T. Ottosson, A. Saul, G. Auer, and M.

Afgani, "On the Performance of Inter-Sector Scheduling in OFDMA

Systems,’' FREQUENZ Journal of RF-Engineering and Telecommunications, vol. 61, pp. 47-50, Jan. 2007).

Dado o conjunto de sub-bandas alocado para o usuário m, Sm, a capacidade Cmdo usuário ou móvel m é calculada por: onde Bs é a largura de banda da sub-banda s.

Um vizinho de uma dada femtocélula f é definido como uma fem- tocélula que causa interferência para o móvel servido pela dada femtocélula f. Como já mencionado, devido às suas características empregadas pelo usuário, não é possível conhecer o vizinho de uma femtocélula antecipada- mente ou a priori. Portanto, cada femtocélula descobre seus vizinhos duran- te sua operação.

No GB-DFRM, uma femtocélula designa outra femtocélula como sua vizinha baseada em um parâmetro de designação predefinido denomi- nado limite SINR. yth . yth é a SINR mínima desejada que cada móvel na rede experimenta. Se um móvel m experimentar ym inferior a yth, entre todas as femtocélulas interferentes, lm, a maior femtocélula interferente é removida e ym é novamente recalculado. Este processo continua até que ym aumente acima de yth.

Em (5), o script para a sub-banda é descartado por simplicidade.

Aqui l“m é definido como: onde lm rem é o conjunto de femtocélulas interferentes removidas. Este conjunto de vizinhos se torna o vizinho da femtocélula de serviço, em outras palavras, a lista de vizinhos de f. Um processo similar é utilizado em M. C.

Necker, "Integrated scheduiling and interferences coordination in cellular OFDMA networks", em Broadband Communications, Networks and Systems, 2007, BROADNETS 2007, Fourth International Conference, de 10 até 14 de novembro de 2007, págs. 559 até 566 e "A Graph-Based Scheme for Distri- buted Interference Coordination in Cellular OFDMA Networks," in Vehicular Technology Conference, 2008, VTC Spring 2008, IEEE, Maio, 11-14, 2008, págs. 713-718, mas relações de vizinhança são construídas entre os móveis.

Baseado na dada definição de femtocélula vizinha, uma sub-banda de uma femtocélula que não é utilizada por seus vizinhos (ou utilizada com controle de potência) pode ser denominada como uma sub-banda livre de interferên- cia.

No dito a seguir, a construção de um gráfico de interferência é descrita em detalhes adicionais. Todas as femtocélulas reportam suas listas de vizinhos para um controlador central, quando existe uma alteração em suas listas, tal como uma entrada de uma femtocélula em sua vizinhança. O controlador central constrói um gráfico de interferência baseado nas relações de vizinhança entre as respectivas femtocélulas. No gráfico de interferência, cada nó corresponde a uma femtocélula, no dito a seguir também referido como nó, e a borda conectando dois nós representa a interferência entre duas femtocélulas. A figura 6 é um exemplo de um gráfico de interferência e da designação de sub-banda de prioridade após a aplicação do algoritmo de coloração, onde as bordas entre os nós indicam que estas femtocélulas não devem utilizar a mesma sub-banda. A figura 6(A) descreve o gráfico de inter- ferência, onde HeNBs e Ues são indicados por Δ e O, respectivamente. A figura 6(B) apresenta nós coloridos, onde cada cor corresponde a uma sub- banda diferente (é observado que nos desenhos, ao invés de apresentar cores diferentes, os nós que recebem a mesma cor são indicados pelo mesmo número). A figura 6 é o exemplo do gráfico de interferência gerado utilizando o modelo de grade 5 x 5 da figura 5. A implementação da colora- ção do gráfico requer seis cores ou sub-bandas de modo que na figura 6(B), os nós recebem um dos números entre 1 e 6. A figura 6(A) apresenta um exemplo de um gráfico de interferên- cia, onde yth é selecionado para ser 5 dB. É observador que a relação de vizinhança pode ser simétrica, isto é, se uma femtocélula reportar a femtocé- lula B como sua vizinha, então a femtocélula A também irá se tornar a vizi- nha da femtocétula B, queira a femtocélula reporte isto ou não. Por aumentar yth, um gráfico mais completo é causado, desde que isto aumenta o número de visinhos, e por consequência, o número de bordas no gráfico. Deste mo- do, valores SINR maiores são alcançados, mas a consequência é uma dimi- nuição na utilização de sub-banda.

No dito a seguir, o algoritmo de coloração de gráfico é descrito em detalhes adicionais. O algoritmo de coloração de gráfico é utilizado para colorir os nós de um gráfico com um número mínimo de cores de um modo que nenhum nó conectado por uma borda (nós vizinhos) possuam a mesma cor, como é apresentado na figura 6(B) (como mencionado acima, ao invés de apresentar cores diferentes, números diferentes são associados com os respectivos nós). Existem vários algoritmos de coloração de gráfico conheci- dos e entre tais algoritmos conhecidos, as concretizações da invenção utili- zam o algoritmo de Dsatur descrito em D. Brélaz, "New methods to color the vertices of a graph", Communications of the ACM, vol. 22, no. 4, págs. 251- 256, Abril, 1979. Este algoritmo é utilizado desde que ele funciona de forma eficaz com uma baixa complexidade. O algoritmo é dado abaixo como "algo- ritmo 1", onde o grau de saturação de um nó, 0sat, é definido como o número total das cores diferentes com o qual um nó é conectado. 1: define um grupo de cores, P, que contém somente a cor 1 2: repete 3: entre os nós não coloridos: seleciona nó n possuindo 0sat máximo se existirem nós possuindo os mesmos valores de 0sat, então entre estes nós, seleciona o nó possuindo o número máximo de vizinhos não coloridos 4: designa uma cor para o nó n: se existir (existirem) cor (cores) disponível em P, colore o nó n com uma das cores disponíveis se não, aumenta o tamanho de P por 1 e colore o nó n com a cor mais recentemente adicionada 5: até que todos os nós estejam coloridos Algoritmo 1: Algoritmo de Dsatur De um modo similar, uma designação de sub-banda de priorida- de pode ser feita baseada no gráfico de interferência, onde duas femtocélu- las conectadas com bordas não devem utilizar a mesma sub-banda como uma sub-banda de prioridade. Neste caso, S corresponde ao conjunto de cores e 0sat se torna o número total de sub-bandas diferentes designadas para os vizinhos de uma femtocélula. A figura 6(B) ilustra como os nós são coloridos após a aplicação do algoritmo de Dsatur. Seis sub-bandas ou co- res são necessárias para resolver todos os conflitos de um dado gráfico de interferência. S é um parâmetro predefinido de planejamento da rede. Por- tanto, este algoritmo funciona de um modo desejado contanto que S seja maior ou igual ao número P de cores requeridas, o qual é igual à cardinali- dade de P. Caso contrário, S não será suficiente para designar sub-bandas livres de interferência para todas as femtocélulas. Neste caso, para uma femtocélula cujo ID de cor é maior do que S será designada uma sub-banda que também é utilizada por sua vizinha. A figura 7 ilustra as limitações na abordagem de coloração de gráfico descrita acima para designar sub-bandas de frequência para os res- pectivos nós. A figura 7(A) apresenta um exemplo de um ambiente interno 104 similar ao apresentado na figura 3(A). É assumido, como na figura 3(A), que o nó A interfere com os nós B até E, o nó B interfere com os nós A e C, que o nó C interfere com os nós A e B, que o nó D interfere com o nó A, e que o nó E interfere com o nó A. O nó F não possui interferência com os ou- tros nós. Os resultados da abordagem de coloração de gráfico descrita aci- ma, como é conhecida na técnica, são representados na figura 7(B) apre- sentando um gráfico de interferência no qual o nó A está conectado com ca- da um dos nós B até E via uma borda indicando a respectiva interferência entre estes nós. As respectivas bordas entre os nós representam a interfe- rência entre nós vizinhos e, em adição, é apresentada qual banda de fre- quência, dentre as três bandas de frequência disponíveis, é designada para os respectivos nós A até F. Como pode ser visto, cada nó tem associado com o mesmo somente uma sub-banda. Para o nó A foi designada a primei- ra sub-banda 1, e para evitar interferência com as células envolventes B até E, uma sub-banda diferente da primeira sub-banda 1 é utilizada. Adicional- mente, os nós B e C são nós interferentes, de modo que também estes dois nós não utilizam a mesma sub-banda. Assim, como pode ser visto, para o nó B é designada uma terceira sub-banda 3, de modo que para o nó C é desig- nada a segunda sub-banda 2. Os nós D e E não estão interferindo um com o outro, mas estão somente interferindo com o nó A, de modo que para cada um destes nós pode ser designadas uma das sub-bandas 2 e 3, o que, de acordo com a abordagem de coloração de gráfico descrita acima, é feito ale- atoriamente. De um modo similar, desde que o nó F não está em qualquer conexão de interferência com os outros nós, uma das três sub-bandas 1 até 3 é aleatoriamente selecionada, e a figura 7(B) apresenta que a sub-banda 1 é selecionada.

Assim, a desvantagem do algoritmo de coloração é a utilização ineficiente dos recursos. Pela aplicação deste algoritmo, para cada femtocé- lula somente é designada uma sub-banda de prioridade, como é apresenta- do na figura 7(B). Assumindo que nenhum dado é transmitido nas sub- bandas secundárias, então, cada femtocélula utiliza somente 1/S da banda de frequência independente de quantos vizinhos ela tem. (Veja, por exem- plo, o nó F ou os nós D e E na figura 7(B)). Entretanto, uma flexibilidade no número de sub-bandas designadas é necessária para aumentar a utilização de recursos. Por exemplo, de acordo com a figura 6(B), algumas das femto- células possuem três vizinhos interferentes, e para estas femtocélulas é possível designar V* da banda de frequência como uma banda de prioridade.

Adicionalmente, aumentar S para garantir que todas as femtocélulas utilizem uma sub-banda livre de interferência resulta em uma diminuição adicional da utilização da largura de banda para cada femtocélula. Além disso, para situ- ações onde S > P, algumas sub-bandas se tornam ociosas. Desde que S é determinado antecipadamente, não é possível atualizar S, dependendo das condições de interferência e de P, o qual é dinâmico. Assim, a performance do algoritmo de coloração de gráfico é altamente afetada pelo valor de S. No método de acordo com as concretizações da invenção, estes problemas são endereçados e uma modificação do algoritmo de coloração de gráfico é feita para aumentar a eficiência de utilização de sub-banda e a flexibilidade.

De acordo com concretizações, a abordagem de reutilização di- nâmica de frequência baseada em gráfico (GB-DFRM) designa sub-bandas de prioridade para femtocélulas em três etapas. Ela define uma solução ideal que leva a uma alta eficiência de utilização de recurso por obedecer às res- trições do gráfico de interferência. Isto é alcançado pela utilização de uma função de custo que indica a diminuição total na utilização de sub-banda em uma rede. Antes de explicar cada etapa de uma GB-DFRM em detalhes adi- cionais, a função de custo e sua utilização para alcançar uma solução ideal é descrita em detalhes adicionais.

Como mencionado anteriormente, uma sub-banda s pode ser designada para uma femtocélula f como uma sub-banda de prioridade con- tanto que s não tenha sido designada para vizinhas da femtocélula f. Quan- do a sub-banda s é designada para a femtocélula f, os custos desta desig- nação de sub-banda para uma rede são definidos como: onde Nf,s com a cardinalidade |Nf,s| = Nf s, é o conjunto de femtocélulas cujos membros (femtocélulas) possuem as seguinte propriedades: - eles devem ser vizinhos da femtocélula f, - s não foi designada para o mesmo, e - s não foi designada para qualquer um de seus vizinhos.

De acordo com a dada propriedade, os membros de Nf s são as femtocélulas para as quais uma sub-banda s pode ser designada como uma sub-banda de prioridade baseado nas restrições do gráfico de interface. Se a sub-banda s for designada para a femtocélula f, ela não pode ser adicional- mente designada para estas femtocélulas, e por consequência, isto diminui a utilização da sub-banda s na rede por Nf,s. Como a função de custo corres- ponde à diminuição na utilização da sub-banda, um par ideal de femtocélula f e de sub-banda s deve ser o par que minimiza os custos como indicado pela equação (7).

Na GB-DFRM, a função de custo é utilizada em dois casos. No primeiro caso, o objetivo é descobrir uma sub-banda s entre o conjunto de sub-bandas Sav disponíveis que possa ser designada para uma femtocélula f como uma sub-banda de prioridade. A solução ideal é encontrada pela sele- ção da sub-banda que causa diminuição mínima na utilização de sub-banda em uma rede como: No segundo caso, é desejado selecionado uma femtocélula f en- tre o conjunto de femtocélulas disponíveis Fav para as quais a sub-banda s pode ser designada como uma sub-banda de prioridade. Neste caso, a fem- tocélula ideal é a que causa diminuição mínima na utilização de sub-banda na rede quando a sub-banda s é designada: A figura 8 ilustra uma função de custo baseada em uma rede de femtocélulas possuindo cinco nós. Como é apresentado na figura 8, uma rede de femtocélulas possuis cinco nós A até E dos quais cada nó B até E interfere somente com o nó A. Não existe interferência entre os nós B e C, os nós C e D, os nós D e E e os nós E e B. A função de custo, como men- cionado acima, indica a diminuição na utilização de sub-banda na rede quando uma dada sub-banda s é designada para um dos nós (HeNB) f. Na figura 8, é assumido que a banda de frequência pode ser dividida em três sub-bandas 1, 2 e 3. Para o nó A e a sub-banda 3, a função de custo c(A, 3) = 4, como quando designando a terceira sub-banda 3 para o nó A, todos os nós restantes B até E não podem mais receber a designação da sub-banda 3 devido ao ato de que eles são nós visinhos (nós interferentes) com respei- to ao nó A, de modo que para estes quatro nós, a sub-banda não pode mais ser utilizada, o que é indicado pelos custos igual a quatro. Por outro lado, para os nós B, C, D e E, cada um dos quais somente interfere com o nó A, a designação da terceira sub-banda 3 para os respectivos nós resulta em uma função de custo, c(B, 3) = 1, à medida que somente um nó adicional na rede, a saber, o nó A, não pode mais utilizar esta sub-banda. No exemplo apre- sentado na figura 8, os custos para designar a sub-banda 3 para o nó B, C, D ou E são os mesmos, e os custos para designar a terceira sub-banda para o nó A são quatro, isto é, maiores do que os custos para designar a sub- banda para os outros nós.

Como mencionado acima, de acordo com concretizações da in- venção, o método de reutilização dinâmica de frequência baseada em gráfi- co utiliza duas etapas. Na primeira etapa, uma repetição através das células e uma seleção de uma sub-banda para uma dada célula, que causa diminui- ção mínima na utilização de sub-banda na rede, baseado na função de custo descrita acima, é feita. A repetição através das células resulta na designação de uma quantidade desejada de sub-bandas de prioridade paras as células, especialmente quando um número de sub-bandas é alto, dado um número mínimo de restrição de sub-bandas por célula smin. Na segunda etapa, a re- petição através das sub-bandas é realizada para descobrir células voltadas para menos interferência, de modo que mais sub-bandas possam ser desig- nadas, e selecionar uma célula que cause uma diminuição mínima na utiliza- ção de sub-banda na rede. De acordo com uma concretização da invenção, isto permite uma dinâmica de acordo com as condições de interferência, as quais podem alterar, proporciona uma abordagem flexível em termos do nú- mero de sub-bandas designadas e resulta em uma alta utilização de resolu- ção em baixa complexidade e custo. A figura 9 apresenta um exemplo do método da invenção repe- tindo através das células e da sub-bandas para designar mais sub-bandas. A figura 9(A) ilustra os resultados de uma abordagem limitada de coloração de gráfico como apresentada na figura 7(B). Para cada um dos nós A até F foi designada somente uma única sub-banda. Entretanto, a aplicação do méto- do da invenção produz uma designação de sub-banda como apresentada na figura 9(B). De acordo com o método da invenção, segue que os nós A até C não permitem a designação de sub-bandas adicionais, devido à interferência entre estes três nós. Entretanto, de acordo com a abordagem da invenção, para os nós D e os nós E pode ser designada uma sub-banda adicional, mais especificamente, o nó D tem designada para o mesmo, em adição à sub-banda 3 original, também a sub-banda 2, a qual não é utilizada pelo nó A. Desde que não existe interferência entre os nós D e C, esta designação é possível. De um modo similar, para o nó E adicionaimente é designada a sub-banda 3, a qual também não é utilizada pelo nó A e desde que não exis- te interferência entre o nó E e o nó D e também entre o nó E e o nó B, esta designação adicional da terceira sub-banda 3 é possível. Adicionalmente, como pode ser visto, o nó F não tem relação de interferência com qualquer um dos outros nós. Para ele são designadas todas as três sub-bandas 1 até 3. A figura 10 apresenta outro exemplo da abordagem da invenção de acordo com a qual os pares apropriados de sub-banda e de célula são descobertos para aumentar a utilização de sub-banda, onde as sub-bandas são designadas para as células pela utilização da função de custo descrita acima, a qual indica a diminuição na utilização de sub-banda na rede quando uma dada sub-banda s é designada para uma célula. A figura 10(A) apresenta um exemplo de uma rede possuindo cinco nós ou femtocélulas A até E, similar à rede utilizada para descrever a função de custo com respeito à figura 8. Novamente, três sub-bandas 1 até 3 da banda de frequência estão disponíveis e precisam ser distribuídas entre os respectivos nós. Na figura 10(A) os resultados do algoritmo de coloração convencional são apresentados de acordo com os quais cada nó recebe a designação de uma única sub-banda. Como pode ser visto a partir da figura 10(A), para o nó A é designada a sub-banda 2 e para todos os outros nós são designadas a sub-banda 1. Novamente, somente o nó A interfere com cada outro nó, enquanto os nós B, C, D e E não interferem uns com os ou- tros. Na FIG. 10(A), cada um dos cinco nós utiliza uma sub-banda de modo que cinco das sub-bandas disponíveis são utilizadas, isto é, a utilização de sub-banda é igual a 5/15. De acordo com a abordagem da invenção, pares de sub-bandas e células são descobertos para aumentarem a utilização de sub-banda. A figura 10(B) apresenta que o nós A recebe para o mesmo em adição também a sub-banda 3. Entretanto, devido à relação de interferência do nó A com todos os outros nós B até E, isto proíbe p uso da terceira sub- banda 3 nos nós B até E, de modo que das 15 sub-bandas no cenário da figura 10(B), somente seis sub-bandas são utilizadas, de modo que a utiliza- ção de subbadas é igual a 6/15. Ao invés de designar uma sub-banda adi- cional para o nó A, outra abordagem é designar para os nós B até E as res- pectivas sub-bandas adicionais, de uma maneira como apresentado na figu- ra 10(C). Como é apresentado, para cada um dos nós B até D foi designada uma sub-banda adicional 3, a qual também não é utilizada pelo nó A o que, por outro lado, evita designar uma sub-banda adicional para o nó A. Entre- tanto, como pode ser visto, o cenário da figura 10(C) utiliza nove dentre as quinze sub-bandas, isto é, a utilização de sub-bandas é igual a 9/15, a qual é a utilização de sub-bandas mais alta possível no cenário apresentado na figura 10.

Iniciando a partir da figura 10(A), a determinação quanto a se uma sub-banda adicional é para ser designada para o nó A ou para um den- tre os nós B até E é executada baseada na função de custo. Quando olhan- do para a figura 10(B), a função de custo para designar a sub-banda adicio- nal para o nó A produz um valor de quatro devido à designação da sub- banda 3 para o nó A proibir o uso da sub-banda 3 em todas os nós restantes B até E, de modo que por meio da designação de acordo com a figura 10, uma alta diminuição na utilização de sub-bandas na rede é obtida. Contrário a isto, quando olhando a figura 10(C), os custos associados com a designa- ção da terceira sub-banda 3 para cada um dos nós B até E produz para cada nó uma função de custo igual a um, à medida que somente o nó A não pode mais receber a designação com a sub-banda adicional 3. Portanto, de acor- do com a abordagem da invenção, a aplicação da função de custo, o método automaticamente irá selecionar a configuração de acordo com a figura 10(C) à medida que a diminuição na utilização de sub-bandas da rede é mínima devido à função de custo mínima que, por sua vez, produz a utilização de sub-bandas mais elevada, a qual é 9/15 na figura 10(C).

As etapas mencionadas acima serão agora descritas abaixo em detalhes adicionais.

Etapa 1: Nesta etapa, sub-bandas são designadas para femtocé- lulas de uma maneira similar como no algoritmo de coloração de gráfico da- do acima. Entretanto, para melhorar a performance, o algoritmo é modifica- do. A primeira modificação é feita no processo de seleção de sub-bandas.

Nos algoritmos convencionais de coloração, se existirem mais do que uma sub-banda disponível que possam ser designadas para uma dada femtocélu- la, uma seleção aleatória é feita entre estas sub-bandas. Entretanto, de a- cordo com concretizações da invenção, a sub-banda mais ideal causando uma diminuição mínima na utilização de sub-bandas na rede é selecionada baseada na equação 8. Assim, mais sub-bandas podem ser utilizadas na rede. Em segundo lugar, diferente de no algoritmo de coloração de gráfico conhecido, as células passam pela repetição smin vezes. Em cada repetição, somente uma sub-banda é designada para cada femtocélula. Se o algoritmo não puder encontrar qualquer sub-banda disponível para uma dada femtocé- lula, ele salta a femtocélula sem designar qualquer sub-banda. Deste modo, para cada femtocélula é designada smin sub-bandas, contanto que S e yth sejam selecionados razoavelmente. A idéia de introduzir smin é adaptar a lar- gura de banda de prioridade mínima designada para uma femtocélula, espe- cialmente quando S é estabelecido para ser grande. O pseudocódigo do al- goritmo utilizado neta etapa é dado abaixo: 1: define um grupo de sub-bandas, S, como [1,2,.....S] 2: para i = 1 :smin faça 3: marca todas as femtocélulas como não selecionada 4: repete 5: classifica as femtocélulas não selecionadas por ordem decrescente de ©sat- Escolhe uma femtocélula f possuindo 0sat máximo se existirem femtocélulas possuindo os mesmos valores de 0sat, então entre estas femtocélulas escolhe a possuindo o número máximo de vizinhos não selecionados. Marca a femtocélula escolhida como selecionada 6: para f escolhida, descobre a sub-banda (sub-bandas) disponível Sav S que pode ser designada para f como uma sub-banda de prioridade: Se |Sav| > 1, entre Sav, designa sub-banda s que satisfaz (8) Se |Sav| = 0, deixa femtocéiula sem designação de qualquer sub- banda 7: até que todas as femtocélulas sejam marcadas como selecionadas 8: fim para Algoritmo 2: Etapa 1 do algoritmo GB-DFRM

No algoritmo 2, o grau de saturação de um nó (0sat) corresponde ao número total de diferentes sub-bandas com o qual um nó é conectado.

Por exemplo, quando considerando uma rede representada por seu gráfico de interferência como apresentado na figura 11 (A), é assumido que o nó A

possui quatro vizinhos: B, C, D e E. Além disso, é assumido que para o nó B é designada a sub-banda 1, para o nó C são designadas as sub-bandas 1 e 3, para o nó D é designada a sub-banda 3 e para o nó E é designada a sub- banda 4. Portanto, para os vizinhos do nó A são designadas três sub-bandas diferentes que são 1, 3 e 4. Isto significa que o grau de saturação do nó A é 3. O pseudocódigo entre as linhas 4 até 7 do algoritmo acima é si- milar ao algoritmo de coloração de gráfico, entretanto, inclui melhoramentos. O código entre as linhas 4 até 7 seleciona cada nó uma vez e designa uma sub-banda para o mesmo pela utilização da sentença "para".

Portanto, no começo de cada résimo repetição da sentença "para", o que corresponde à linha 3, todos os nós são marcados como não selecio- nados. Então, o algoritmo repete o código entre as linhas 4 até 7 até que todos os nós sejam selecionados uma vez. De acordo com o algoritmo con- vencional de coloração de gráfico, é declarado que se o grau de saturação dos nós for o mesmo, então entre estes nós seleciona o possuindo o número máximo de vizinhos não coloridos. Entretanto, aqui é similar, desde que os nós são coloridos mais do que uma vez e desde que podem existir alguns nós que são selecionados, mas nenhuma sub-banda é designada, os nós são marcados como selecionados ou não selecionados na ί~®5ΙΠΓΙ3 repetição ao invés de dizer colorido ou não colorido. Isto será explicado utilizando a figura 11. É assumido que o sistema possui 6 sub-bandas S = {1, 2, 3, 4, 5, 6} e smjn = 2, o que significa que é desejado que cada nós possua pelo me- nos duas sub-bandas de prioridade. O sistema ou rede é representado por seu gráfico de interferência apresentado na figura 11 (A). • De acordo com o algoritmo, foi iniciado a partir de I = 1 e mar- cado todos os nós de A até F como não selecionados (linha 3 no dado algo- ritmo). • Agora, precisa-se classificar estes nós (linha 5). É claro que o grau de sa- turação de todos os nós é 0. Portanto, será escolhido o nó possuindo núme- ro máximo de vizinhos que não são ainda escolhidos nesta primeira repeti- ção para a declaração. Em outras palavras, será escolhido o nó possuindo número máximo de vizinhos não selecionados.

De acordo com os valores dados na tabela acima, o algoritmo escolhe o nó A desde que ele possui o número máximo de vizinhos não se- lecionados (B, C, D e E) e marca o mesmo como selecionado. Então, o algo- ritmo designa a sub-banda 1 para o nó A (linha 6). • Após designar uma sub-banda para o nó A, tem-se 5 nós que não são es- colhidos na primeira repetição da declaração "para". Em outras palavras, tem-se 5 nós não selecionados que são B, C, D, E e F. Deste modo, será garantido que todos os nós serão escolhidos somente uma vez. Se forem recalculados os atributos destes nós, serão obtidos: Desde que para o nó A é designada uma sub-banda, seus vizi- nhos B, C, D e E possuem um grau de saturação de 1. Além disso, à medida que A é selecionado, B agora possui somente um vizinho que não está sele- cionado, o qual é o nó C. De forma similar, o nó C possui somente um vizi- nho que não está selecionado, o qual é o nó B. De acordo com os valores dados acima, o algoritmo seleciona o nó B (linha 5) e marca como selecio- nado. Então, a sub-banda 2 é designada para B (linha 6). • Novamente, o algoritmo vai para a linha 5 do código. Desde que A e B es- tão selecionados, o algoritmo escolhe um nó dentre C, D, E e F. Se forem recalculados os atributos destes nós, serão obtidos: Desde que para os vizinhos do nó C, os quais são A e B, foram designados duas sub-bandas (1 e 2), o grau de saturação de C se torna 2. À medida que o nó C tem o grau máximo de saturação, o algoritmo escolhe o nó C, marca como não selecionado e designa uma sub-banda. • Então, novamente na linha 5, é feita a seleção entre D, E e F e este processo continua até que todos os nós sejam escolhidos uma vez e obtenha-se uma designação de sub-banda tal como apresentada na figura 11(B) (apresentando a designação de sub-banda no fim da primeira repeti- ção da declaração "para'').

Agora, o algoritmo inicia a segunda repetição da declaração "pa- ra" (linha 2). Como mencionado acima, nesta repetição, todos os nós nova- mente devem ser escolhidos, de modo que foram marcados todos os nós como não selecionados (linha 3). • Agora, o código está na linha 5. Os nós não selecionados possuem os se- guintes atributos: Desde que os vizinhos de A utilizam as sub-bandas 2 e 3 (para B e C são designadas as sub-bandas 2 e 3 respectivamente), o grau de sa- turação de A é calculado como 2. De forma similar, para os vizinhos de B são designadas as sub-bandas 1 e 3, e portanto, o grau de saturação do nó B também é calculado como 2 e assim por diante. Desde que A, B e C pos- suem graus máximos de saturação, verificou-se seu número de vizinhos não selecionados. De acordo com isto, o algoritmo escolhe A e marca o mesmo como selecionado e o algoritmo designa a sub-banda 4 para o nó A (linha 6). • Agora, o algoritmo está na linha 5. Neste caso, ele classifica os nós B, C, D, E e F que não estão escolhidos.

Desde que para os vizinhos de B são designadas as sub-bandas 1, 3 e 4, seu grau de saturação se toma 3 e os graus de saturação de outros nós são calculados de forma similar. Então, o código escolhe B, marca o mesmo como selecionado (linha 5) e designa a sub-banda 5 (linha 6). • Isto continua até que todos os nós sejam escolhidos uma vez.

No fim da segunda repetição para a declaração "para", será obtida uma de- signação de sub-banda como é apresentada na figura 11(C) (apresentando a designação de sub-banda no fim da segunda repetição da declaração "pa- ra"). A figura 11(C) apresenta a designação de sub-banda de priori- dade após a aplicação da Etapa 1 do método da invenção. Na etapa 2, que é descrita a seguir, um algoritmo repete cada sub-banda e tenta designar mais sub-bandas se for possível.

Segunda etapa: Após designar smjn sub-bandas para as femtocé- lulas, na segunda etapa, o método da invenção pesquisa por mais sub- bandas que podem ser designadas para as femtocélulas. Para este propósi- to, o algoritmo utilizado nesta etapa faz a repetição através de todas as sub- bandas. Para cada sub-banda, ele pesquisa as femtocélulas disponíveis pa- ra as quais uma sub-banda selecionada pode ser designada como uma sub- banda de prioridade. Então, entre estas femtocélulas disponíveis, a que cau- sa diminuição mínima na utilização de sub-banda é selecionada baseado na equação (9). Deste modo, para a mesma sub-banda podem ser designadas mais femtocélulas. O pseudocódigo deste algoritmo é dado abaixo: 1: para s = 1:S faça 2: repete 3: descobre femtocélulas disponíveis Fav para as quais a sub-banda s po- de ser designada como uma sub-banda de prioridade 4: entre Fav designa a sub-banda s para a femtocélula f que proporciona (9) se mais do que uma femtocélula proporcionar (9), então designa a sub-banda s para a possuindo o número mínimo de sub-bandas já desig- nadas 5: até |Fav| = 0 6: fim para Algoritmo 3; Etapa 2 do algoritmo GB-DFRM O algoritmo utilizado nesta etapa sempre encontra a femtocélula ótima para uma dada sub-banda, e não existe limitação com respeito à sele- ção de femtocélula. É possível que para uma femtocélula não seja designa- da qualquer sub-banda durante esta etapa se ela possuir um número grande de vizinhos no gráfico de interferência. Por outro lado, sub-bandas são prin- cipalmente designadas para as femtocélulas apresentando menos interfe- rência desde que elas causam menos diminuição na utilização de sub- bandas. Portanto, a utilização de sub-bandas na rede irá aumentar se smjn for diminuído. Entretanto, isto também diminui a imparcialidade de designa- ção de banda de prioridade entre as femtocélulas. Neste caso, uma grande quantidade da banda de frequência é designada como uma banda de priori- dade para as femtocélulas possuindo menos vizinhos, ao passo que para o restante das femtocélulas é somente designada uma pequena porcentagem da banda de frequência. Como consequência, smin deve ser estabelecido dependendo de S e das condições da rede.

Por exemplo, no caso da figura 11 (C), a segunda etapa pode designar sub-bandas adicionais para os respectivos nós utilizando o algorit- mo acima. Por exemplo, o algoritmo pode designar sub-bandas adicionais 5 e 6 para cada um dos nós D e E à medida que não existe interferência entre os nós D e E e nenhuma interferência com outros nós (B e C) tendo as sub- bandas 5 e 6 designadas. Além disso, para o nó F não possuindo interferên- cia com qualquer dos outros nós podem ser designadas em adição às sub- bandas 1 e 2 também as sub-bandas 3, 4, 5 e 6.

Terceira etapa: Em uma terceira etapa opcional, em uma dada rede, podem existir femtocélulas que possuem um grande número de vizi- nhos interferentes e os algoritmos descritos acima podem não estar em uma posição para designar sub-bandas de prioridade livres de interferência para tal femtocélula, se todas as sub-bandas já tiverem sido designadas para seus vizinhos. Portanto, nesta etapa, de acordo com uma concretização da invenção, o método pesquisa femtocélulas que não possuem sub-banda de- signada durante a primeira e a segunda etapas. Para estas femtocélulas, o algoritmo designa a sub-banda que é utilizada pelo número mínimo de vizi- nhas, de modo que o número das vizinhas interferentes utilizando a mesma sub-banda é minimizado. Se S for estabelecido razoavelmente, para todas as femtocélulas pode ser designada pelo menos uma sub-banda de priorida- de livre de interferência. Se o controle de potência for utilizado para as sub- bandas secundárias, então esta etapa pode ser saltada.

No dito a seguir, os resultados de simulações feitas pelos inven- tores são dados apresentando as vantagens da abordagem da invenção pa- ra dinamicamente designar sub-bandas de um modo descrito acima. Os pa- râmetros que foram utilizados nas simulações são pegos a partir da 3GPP, "Simulation Assumptions and Parameters for FDD HeNB RF Requírements", 3GPP TSG RAN WG4 R4-092042, Maio, 2009, "Evolved Universal Terrestri- al Radio Access (E-UTRA); Radio Frequency (RF) System Scenarios", 3GPP TR 36.942 V8.2.0, Junho, 2010 a partir do www3.gpp.org/ftp/Specs. e 3GPP, "Channel Models for Femtoceir, 3GPP TSG RAN1 WG1 #59bis R1 -100560, Janeiro, 2010 a partir do www.3gpp.org/ftp/Specs e são apresentados na Tabela 2.

Tabela 2: Parâmetros de Simulação Nas simulações, todos os HeNBs e UEs são aleatoriamente de- sativados dentro da edificação. A simulação passa por 1000 desativações e em cada desativação, dados desejados são calculados e coletados. yth é sempre estabelecido para ser 5 dB quando o gráfico de interferência é cons- truído. Como anteriormente explicado, as femtocélulas utilizam somente sub- bandas de prioridade para transmissão e não utilizam sub-bandas secundá- rias. Três abordagens diferentes foram investigadas. (1) todas femtocélulas utilizam todas as sub-bandas disponíveis (reutiliza- ção 1) (2) para as femtocélulas é designada um subcanal de prioridade baseado em um algoritmo de coloração de gráfico convencional (3) as sub-bandas de prioridade são designadas para femtocélulas utili- zando o GB-DFRM da invenção. A figura 12 apresenta a função de distribuição acumulativa (CDF) da SI NR e a capacidade para as três abordagens. Um cenário de pior caso é assumido, onde todos os apartamentos (veja a figura 5) possuem uma femtocélula ativa. Para os métodos de particionamento de recurso, dife- rentes números de sub-bandas são utilizados, a saber, S = 4eS = 6, e para o GB-DFRM, smin é estabelecido para 1. De acordo com a figura 12(A), quando as femtocélulas utilizam todas as bandas de frequência, somente 30% dos UEs experimentam uma SINR mais elevada do que o limite prede- finido de SINR, yth = 5 dB. Esta distribuição de SINR indica a necessidade de técnicas de atenuação de interferência. Sem a aplicação de qualquer técnica de atenuação de interferência, a qualidade de serviço desejada não pode ser alcançada para móveis na borda da célula. O efeito de particionamento de recurso é significativo. Para S = 4, aproximadamente 90% dos UEs possuem uma SINR mais alta do que 5 dB. Por aumentar S, os valores de SINR são melhorados, para S = 6, aproximadamente todos os UEs experimentam uma SINR mais alta do que 5 dB. Isto é devido ao fato de que na dada rede, qua- tro sub-bandas não são suficientes para resolver todos os conflitos no gráfi- co de interferência, de modo que para algumas femtocélulas é designada uma sub-banda de prioridade, a qual também é utilizada por seu vizinho(s).

Entretanto, quando S = 6, para cada femtocélula é designada pelo menos uma sub-banda de prioridade livre de interferência de acordo com a aborda- gem da invenção.

Na figura 12(B), as capacidades das três abordagens são forne- cidas. Desde que cada femtocélula serve um usuário, a capacidade de um usuário também corresponde à capacidade da femtocélula. As etapas nas curvas são devido ao método de Limite de Shannon utilizado para cálculos de capacidade. De acordo com a figura 12(B), pela aplicação do método de particionamento de recurso da invenção, uma melhor performance ê obtida em baixas capacidades. Desde que os UEs nas bordas de célula se defron- tam com uma alta interferência, alocar menos sub-bandas, porém livres de interferência, resulta em uma maior capacidade. Por outro lado, para as UEs defrontando menos interferência, o aumento nas SINRs não pode compen- sar a diminuição nos recursos, de modo que as capacidades diminuem. As- sim, para S = 6, após cerca de 5 Mbps (para S = 4, cerca de 3,7 Mbps), o método reutilização 1 executa em excesso o método de particionamento de recurso. O impacto positivo do GB-DFRM da invenção neste ponto pode cla- ramente ser visto. Quanto mais sub-bandas são designadas para as femto- células que se defrontam com baixa interferência, melhor o GB-DFRM exe- cuta em altas capacidades quando comparado com um algoritmo de colora- ção de gráfico. Adicionalmente, aumentar S sem alterar smin melhora a per- formance em regiões de alta e baixa capacidade, mas causa uma diminuição nas partes médias. Isto é razoável, desde que por aumentar S, a possibilida- de de designação de sub-bandas livres de interferência para uma femtocélu- la se defrontando com alta interferência aumenta. Isto causa um desloca- mento para a direita na parte inferior da curva de capacidade, entretanto, por alterar S de 4 para 6, para algumas das femtocélulas é designado 1/6 da banda de frequência, ao invés de 1/4, o que irá diminuir suas capacidades.

Este efeito é visto na parte do meio da curva. Para o resto das femtocéíulas se defrontando com esta interferência são designadas mais sub-bandas desde que a abordagem da invenção tenta aumentar a eficiência de utiliza- ção de sub-bandas por designar mias sub-bandas para estas femtocéíulas durante a segunda etapa após a sub-banda smin = 1 para cada uma das fem- tocélulas na primeira etapa. Portanto, as capacidades destes móveis irá adi- cionalmente melhorar. Por outro lado, aumentar S nos algoritmos clássicos de coloração de gráfico diminui a performance em regiões de alta capacida- de devido a isto somente designar uma sub-banda para cada femtocélula independente da condição de interferência.

A figura 13 compara a performance de capacidade do GB-DFRM para diferentes números de sub-bandas S, a saber, S = 6, 12 e 24. smin é estabelecido para 1, 2 e 4, respectivamente, para manter a razão smin/S constante. Assim, a largura de banda da sub-banda mínima designada para cada célula se torna a mesma para todos os três casos. Na figura 13, é claro que sem alterar a razão smjn/S, performances similares são obtidas. Adicio- nalmente, se o número de sub-bandas for estabelecido maior, então pelo menos uma sub-banda livre de interferência é designada para cada femtocé- lula. O que significa um melhoramento nas regiões de baixa capacidade.

Finalmente, a figura 14 compara a utilização de sub-banda para diferentes densidades de femtocélula, onde S = 6 e smjn = 1. Pode ser visto que à medida que a densidade da femtocélula diminui (diminuição em p), a utilização de sub-banda aumenta. Esta figura apresenta como a abordagem da invenção designa as sub-bandas para femtocéíulas dinamicamente inde- pendente do ambiente e das condições de interferência. Além disso, sob todas as densidades de femtocélula, ela utiliza mais sub-bandas do que o algoritmo convencional de coloração de gráfico, cuja utilização da sub-banda é 100/6 = 16,7%. Além disso, por utilizar quase 30% das sub-bandas, a plo- tagem CDF apresentada na figura 13 é obtida. Se técnicas de controle de potência forem utilizadas para as sub-bandas secundárias, melhoramentos adicionais podem ser alcançados. A meta do método da invenção é designar sub-bandas de priori- dade para femtocélulas dependendo das condições variáveis de interferên- cia. Ao invés de alocar o mesmo número de sub-bandas para femtocélulas, de acordo com a invenção, a designação de recurso é feita flexível em ter- mos do número de sub-bandas. Isto aumenta a eficiência de utilização de sub-banda onde as femtocélulas podem usufruir mais largura de bandas condições de menos interferência. Os resultados de simulação apresentam que com o GB-DFRM da invenção, um melhoramento nas capacidades infe- riores é negociado em relação a uma diminuição das capacidades mais ele- vadas. Além disso, dependendo das condições da rede, smin pode ser adap- tado. A meta de sub-banda mínima pode diminuir a eficiência de utilização de sub-banda, entretanto, ela regula a imparcialidade na designação de re- curso entre as femtocélulas. Isto impede designar uma quantidade indeseja- da de sub-bandas para femtocélulas quando um grande número de sub- bandas é utilizado. Também é apresentado nos resultados descritos acima que o método da invenção realmente não depende de S se a razão Smjn/S for mantida constante. Para o propósito de simplicidade, o GB-DFRM foi expli- cado com respeito às redes onde HeNBs servem somente um UE. Entretan- to, a abordagem da invenção pode igualmente ser aplicada para redes onde HeNBs servem múltiplos ÜEs. Neste caso, similar ao caso de um UE, cada HeNBs pega a informação de interferência a partir de seus UEs e depen- dendo da realímentação do UE e de yth, ele define os vizinhos. Desde que o aumento no número de UEs pode levar a um aumento nos vizinhos interfe- rentes, uma limitação em relação ao número de vizinhos interferentes pode ser utilizada de modo a diminuir as restrições no gráfico de interferência.

Apesar de alguns aspectos terem sido descritos no contexto de um aparelho, é claro que estes aspectos também representam uma descri- ção do método correspondente, onde um bloco ou dispositivo corresponde a uma etapa do método ou a um aspecto de uma etapa do método. De forma análoga, os aspectos descritos no contexto de uma etapa do método tam- bém representam uma descrição de um bloco ou item ou aspecto corres- pondente de um aparelho correspondente.

Dependendo de certos requerimentos da implementação, as concretizações da invenção podem ser implementadas em hardware ou em software. A implementação pode ser executada utilizando um meio de arma- zenamento digital, por exemplo, um disco flexível, um DVD, um CD, uma ROM, uma PROM, uma EPROM, uma EEPROM ou uma memória FLASH, possuindo sinais de controle eletronicamente legíveis armazenados no mesmo, os quais cooperam (ou são capazes de cooperar) com um sistema de computador programável de modo que o respectivo método é executado.

Algumas concretização de acordo com a invenção compreendem um porta- dor de dado possuindo sinais de controle eletronicamente legíveis, os quais são capazes de cooperar com um sistema de computador programável, de modo que um dos métodos descritos neste documento seja executado.

Geralmente, as concretizações da presente invenção podem ser implementadas como um produto de programa de computador com um códi- go de programa, o código de programa sendo operativo para executar um dos métodos quando o produto de programa de computador é executado em um computador. O código de programa pode, por exemplo, ser armazenado em um portador legível por máquina. Outras concretizações compreendem o programa de computador para executar um dos métodos descritos neste documento, armazenado em um portador legível por máquina.

Em outras palavras, portanto, uma concretização do método da invenção é um programa de computador possuindo um código de programa para executar um dos métodos descritos neste documento, onde o programa de computador executar em um computador. Uma concretização adicional dos métodos da invenção é, portanto, um portador de dados (ou meio de armazenamento digital, ou um meio legível por computador) compreenden- do, gravado no mesmo, o programa de computador para executar um dos métodos descritos neste documento. Ainda uma concretização adicional do método da invenção é, portanto, um fluxo de dados ou uma sequência de sinais representando o programa de computador para executar um dos mé- todos descrito neste documento. O fluxo de dados ou a sequência de sinais pode, por exemplo, se configurado para ser transferido via uma conexão de comunicação de dados, por exemplo, via a Internet.

Uma concretização adicional compreende um dispositivo de pro- cessamento, por exemplo, um computador, ou um dispositivo lógico progra- mável, configurado ou adaptado para executar um dos métodos descritos neste documento. Uma concretização adicional compreende um computador possuindo instalado no mesmo um programa de computador para executar um dos métodos descritos neste documento.

Em algumas concretizações, um dispositivo lógico programável (por exemplo, uma arranjo de portas programável em campo) pode ser utili- zado para executar algumas ou todas as funcionalidades dos métodos des- critos neste documento. Em algumas concretizações, um arranjo de portas programável em campo pode cooperar com um microprocessador de modo a executar um dos métodos descritos neste documento. Geralmente, os mé- todos são de preferência executados por qualquer aparelho de hardware.

As concretizações descritas acima são meramente ilustrativas para os princípios da presente invenção. É entendido que modificações e variações das disposições e dos detalhes descritos neste documento serão aparentes para outros versados na técnica. Portanto, a intenção é ser limita- da somente pelo escopo das reivindicações de patente anexas e não pelos detalhes específicos apresentados a título de descrição e pela explicação das concretizações neste documento.

Claims (15)

1. Método para designar sub-bandas de frequência (s, 1 até 3) para vários nós interferentes (A até E) em uma rede de comunicação sem fio, Em que uma série de sub-bandas (s, 1 até 3) designadas para um nó (A até E) depende da condição de interferência no nó (A até E), onde à medida que o nó se defronta com menos interferência, são designadas para o mesmo mais sub-bandas.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, em que designar sub-bandas (s, 1 até 3) para nós interferentes (A até E) compreende: (a) para cada um dos vários nós interferentes (A até E), selecionar uma sub-banda de frequência (s, 1 até 3) que cause uma diminuição mínima na utilização de sub-banda na rede; (b) para cada sub-banda de frequência, determinar um ou mais dentre os nós interferentes (A até E) que se defronta com menos ou com nenhu- ma interferência com uma ou mais das sub-bandas de frequência res- tantes, e selecionar um ou mais dentre os nós interferentes que cau- sam uma diminuição mínima na utilização de sub-banda em uma rede; e (c) designar as respectivas uma ou mais sub-bandas de frequência restan- tes para os nós (A até E) interferentes selecionados.

3. Método, de acordo com a reivindicação 2, em que a utilização de sub-banda é definida baseada no número de nós interferindo com um nó escolhido para o qual uma sub-banda específica é designada.

4. Método, de acordo com a reivindicação 2 ou 3, em que a utili- zação de sub-banda pela designação de uma sub-banda específica para um nó escolhido é definida baseada nos custos da designação da sub-banda para a rede, em que os custos são determinados baseados em um conjunto de nós, cada nó do conjunto possuindo as seguintes propriedades: (a) o nó é um vizinho do nó escolhido, (b) a sub-banda específica não é designada pa- ra o nó, e (c) a sub-banda (sub-bandas) específica não é designada para um vizinho do nó, e em que a diminuição na utilização de sub-banda é mínima quan- do os custos são mínimos.

5. Método, de acordo com uma das reivindicações 2 até 4, em que a etapa (a) compreende, para cada nó interferente: (a1) selecionar um nó interferente possuindo o maior número de nós vizi- nhos, (a2) para o nó selecionado, descobrir as sub-bandas disponíveis que po- dem ser designadas para o nó selecionado como uma sub-banda de prioridade, (a3) no caso de existirem uma ou mais sub-bandas disponíveis, selecionar a sub-banda causando a diminuição mínima na utilização de sub- hanHa UcJi lua, c (a4) no caso de não existir sub-banda disponível, não selecionar sub-banda para o nó.

6. Método, de acordo com a reivindicação 5, em que as etapas (a1) até (a4) são repetidas um número de vezes predefinido, o número de vezes predefinido sendo definido pelo número mínimo (smjn) de sub-bandas de prioridade que se tenta designar para cada nó.

7. Método, de acordo com das reivindicações 2 até 6, em que as etapas (b) e (c) compreendem, para cada sub-banda: determinar todos os nós disponíveis para os quais a sub-banda pode ser designada como uma sub-banda de prioridade, designar a sub-banda para o nó que cause uma diminuição mí- nima na utilização de sub-banda, e no caso em que mais do que um nó proporciona diminuição mí- nima na utilização de sub-banda, designar uma sub-banda para estes nós possuindo um número mínimo de sub-bandas designadas para os mesmos.

8. Método, de acordo com uma das reivindicações 1 até 7, em que os nós interferentes são pontos de acesso de femtocélula formados pe- las estações base empregadas por um usuário, onde os nós interferentes são nós vizinhos, onde um vizinho de um dado nó é definido como um nó que causou uma interferência com uma unidade móvel servida pelo dado nó, onde cada nó serve uma ou mais unidades móveis.

9. Método, de acordo com a reivindicação 8, em que a rede de comunicação sem fio compreende um controlador central (106) que designa sub-bandas de frequência (s, 1 até 3) para os nós interferentes (A até E), o controlador central (106) mantendo uma lista de vizinhos para cada femtocé- lula, o método compreendendo: no caso de uma alteração em uma ou mais listas de vizinhos, reportar a alteração para o controlador central (106), onde o controlador central (106), em resposta a uma alteração, dinamicamente designa novamente as sub-bandas de frequência para os nós interferentes.

10. Método, de acordo com uma das reivindicações 1 até 9, em que, no caso em que a designação de sub-bandas de frequência resultou em um ou mais nós interferentes não tendo designada para o mesmo uma sub-banda, o método adicionalmente compreende: designar, para qualquer nó interferente que não recebeu desig- nação, uma sub-banda que é utilizada pelo número mínimo de nós vizinhos aos nós interferentes que não receberam designação.

11. Produto de programa de computador compreendendo um programa incluindo instruções armazenadas por um portador legível por má- quina, as instruções executando um método como definido em uma das rei- vindicações 1 até 10, quando executadas em um computador.

12. Controlador para uma rede de comunicação sem fio, a rede de comunicação sem fio incluindo vários nós (A até E), o controlador (106) compreendendo: um armazenamento configurado para receber e armazenar uma lista de vizinhos a partir dos vários nós, e um processador configurado para designar sub-bandas de fre- quência para nós interferentes da rede de comunicação sem fio, os nós in- terferentes sendo determinados a partir da lista de vizinhos, onde o processador é configurado para designar uma série de sub-bandas para um nó dependendo da condição de interferência de um nó, onde à medida que o nó se defronta com menos interferência, mais sub- bandas são designadas para o mesmo.

13. Controlador, de acordo com a reivindicação 12, em que para designar sub-bandas para os nós interferentes, o processador é configurado para: (a) selecionar, para cada um dos vários nós interferentes (A até E), uma sub-banda de frequência (s, 1 até 3) que cause uma diminuição mínima na utilização de sub-banda na rede; (b) determinar, para cada sub-banda de frequência, um ou mais dentre os nós interferentes que se defronte com menos ou com nenhuma interfe- rência com uma ou mais dentre as sub-bandas de frequência restantes, e selecionar um ou mais dentre os nós interferentes que cause uma diminuição mínima na utilização de sub-banda na rede, e (c) designar as respectivas uma ou mais sub-bandas de frequência restan- tes para o nó interferente selecionado.

14. Sistema de comunicação sem fio, compreendendo: vários nós (A até F), onde pelo menos alguns dos nós (A até F) são nós interferentes, e um controlador central (106) como definido na reivindicação 12 ou 13.

15. Sistema de comunicação sem fio, de acordo com a reivindi- cação 14, em que o controlador central (106) é configurado para designar novamente as sub-bandas de frequência quando as condições de interferên- cia alteram.