EP2649743A1 - Procede, dispositifs et programme d'ordinateur de selection dynamique de bandes de frequences pour la communication montante de terminaux de type ofdma ou sc-fdma controles en puissance - Google Patents
Procede, dispositifs et programme d'ordinateur de selection dynamique de bandes de frequences pour la communication montante de terminaux de type ofdma ou sc-fdma controles en puissanceInfo
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Abstract
L'invention vise la sélection d'une sous-bande de fréquences dans une station de base pour réseau cellulaire, la sous-bande appartenant à une bande de fréquences susceptibles d'être utilisées par un terminal mobile pour établir une communication montante avec la station de base. Après avoir estimé (220) une puissance d'émission minimale du terminal, la puissance d'émission estimée est comparée à au moins un intervalle de puissance défini par au moins un seuil de puissance préalablement calculé. En réponse à cette comparaison, une sous-bande de fréquences est sélectionnée (225), la sous-bande sélectionnée étant associée, selon une règle prédéterminée, audit au moins un intervalle de puissance. Un identifiant de la sous-bande sélectionnée est alors transmis (230) au terminal qui l'utilise pour établir une communication montante avec la station de base.
Description
Procédé, dispositifs et programme d'ordinateur
de sélection dynamique de bandes de fréquences pour la communication montante de terminaux de type OFDMA ou SC-FDMA contrôlés en puissance
La présente invention concerne la communication entre un terminal mobile et une station de base dans une architecture de communication cellulaire et plus particulièrement un procédé, des dispositifs et un programme d'ordinateur de sélection dynamique de bandes de fréquences pour la communication montante de terminaux de type OFDMA ou SC-FDMA contrôlés en puissance. Le domaine technique considéré ici est celui de la diminution des interférences dans le sens montant des réseaux mobiles de type 3G LTE (sigle de 3rd Génération Long Term Evolution en terminologie anglo-saxonne) ou, plus généralement, des réseaux mobiles fonctionnant par allocation de fréquences tels que les réseaux de type OFDMA (sigle d'Orthogonal Frequency-Division Multiple Access en terminologie anglo-saxonne) ou SC- FDMA (sigle de Single-Carrier Frequency-Division Multiple Access en terminologie anglo- saxonne).
Selon une architecture courante, un terminal mobile communique avec une station de base offrant un périmètre de communication, appelé cellule, selon un mode bidirectionnel comprenant un sens descendant (de la station de base vers le terminal mobile) et un sens montant (du terminal mobile vers la station de base). Plusieurs stations de base, situées les unes à côtés des autres, forment un réseau cellulaire couvrant une étendue géographique donnée. Il existe, au sein d'une cellule, des mécanismes de réduction d'interférence entre les communications montantes issues de plusieurs terminaux mobiles. Cependant, selon la puissance d'émission des terminaux mobiles, il peut exister des interférences, au niveau des stations de base de deux cellules voisines, entre des communications montantes issues d'un premier terminal mobile de la première cellule et d'un second terminal mobile de la seconde cellule, si les fréquences utilisées pour ces communications sont identiques ou proches.
La diminution des interférences est un domaine d'étude important dans le sens montant des réseaux basés sur l'OFDMA, tels que le 3G LTE, et le WiMAX. Différentes méthodes de diminution des interférences ont été développées, basées sur une utilisation fractionnelle des fréquences.
Ainsi, par exemple, certaines solutions proposent de diviser la bande de fréquences utilisées en plusieurs sous-bandes de fréquences, chacune correspondant à un groupe d'atténuation, et d'utiliser un seuil de contrôle de puissance pour chaque groupe. Cependant, cette approche utilise l'atténuation des signaux comme facteur déterminant de la puissance, ce qui n'est pas toujours optimal.
Alternativement, il existe des schémas de diminution d'interférences basés sur des informations de charge ou d'interférence de stations de base voisines. Cependant, de telles
solutions nécessitent une connaissance, par chaque mobile, d'informations relatives à des stations de base voisines. Alternativement encore, le choix de la sous-bande de fréquences utilisée par un terminal pour communiquer avec une station de base est fondé sur l'atténuation d'un signal reçu de la part de stations de base voisines.
Par ailleurs, il a été observé que si la réduction de puissance d'émission de terminaux mobiles peut permettre de réduire des interférences entre les signaux émis, ce n'est pas nécessairement le cas. En outre, l'utilisation d'informations relatives à des cellules voisines, notamment des informations d'interférences ou de charges, nécessite la transmission d'informations entre stations de base, ce qui peut s'avérer complexe.
L'invention vise, pour un terminal mobile, la sélection d'une sous-bande de fréquences selon la puissance d'émission de ce dernier afin de choisir, en coordination avec sa station de base serveuse, la sous-bande la plus adéquate pour limiter les interférences sans nécessairement modifier la puissance d'émission.
L'invention a ainsi pour objet un procédé de sélection d'une sous-bande de fréquences dans une station de base pour réseau cellulaire fonctionnant par allocation de fréquences, ladite sous-bande de fréquences appartenant à une pluralité de sous-bandes de fréquences d'une bande de fréquences susceptibles d'être utilisées par un terminal mobile pour établir une communication montante avec ladite station de base, ce procédé comprenant une étape d'estimation d'un niveau de performance atteint par ledit au moins un terminal mobile selon un critère prédéterminé, et comprenant en outre les étapes suivantes :
- estimation d'une puissance d'émission minimale dudit au moins un terminal mobile requise pour atteindre ledit niveau de performance ;
- comparaison de ladite puissance d'émission estimée à au moins un intervalle de puissance défini par au moins un seuil de puissance préalablement calculé ;
- en réponse à ladite comparaison, sélection d'une sous-bande de fréquences de ladite pluralité de sous-bandes de fréquences, ladite sous-bande de fréquences sélectionnée étant associée, selon une règle prédéterminée, audit au moins un intervalle de puissance ; et,
- transmission d'un identifiant de ladite sous-bande de fréquences sélectionnée audit au moins un terminal mobile, ledit au moins un terminal mobile devant utiliser ladite sous- bande de fréquences sélectionnée pour établir une communication montante avec ladite station de base.
Le procédé selon l'invention permet ainsi, lorsqu'il est mis en œuvre dans des stations de base d'au moins deux cellules voisines, de réduire des interférences, au niveau des stations de base, entre des communications montantes issues de terminaux mobiles d'une cellule et de terminaux mobiles de cellules voisines.
Selon des caractéristiques particulières, ledit niveau de performance selon un critère prédéterminé est associé à un schéma de modulation et de codage prédéterminé.
Grâce à ces dispositions, on peut avantageusement réduire des interférences, tout en tenant compte des contraintes techniques (modulation et codage) imposées par la (ou les)
technique(s) d'accès radio (« Radio Access Technology », ou RAT en anglais) mise(s) en œuvre dans les cellules concernées.
Selon des caractéristiques encore plus particulières, ledit niveau de performance selon un critère prédéterminé est associé à un schéma de modulation et de codage correspondant à une puissance d'émission maximale dudit au moins un terminal mobile.
Grâce à ces dispositions, comme expliqué en détail ci-dessous, on peut mettre en œuvre l'invention dans le cadre du contrôle en puissance selon les normes actuelles.
Selon des caractéristiques encore plus particulières, ledit niveau de performance selon un critère prédéterminé est le débit maximal accessible audit au moins un terminal mobile.
Grâce à ces dispositions, la mise en œuvre de l'invention est avantageusement simple puisqu'il est classique, notamment dans les terminaux d'usager actuels, de pouvoir estimer le débit maximal accessible au terminal compte tenu des interférences présentes à l'endroit où il se trouve.
Selon d'autres caractéristiques particulières, le procédé comprend en outre, avantageusement, une étape de transmission audit au moins un terminal mobile d'informations lui permettant de calculer une puissance d'émission afin d'optimiser cette dernière et, par conséquent, de réduire des interférences et limiter la consommation électrique du terminal.
Selon un mode de réalisation particulier, lesdites étapes d'évaluation d'une puissance d'émission, de comparaison de ladite puissance d'émission estimée à au moins un intervalle de puissance, de sélection d'une sous-bande de fréquences et de transmission d'un identifiant de ladite sous-bande de fréquences sélectionnée sont exécutées périodiquement ou lors de la détection d'un événement particulier. Ainsi, de proche en proche, le procédé permet de converger vers un état optimisant, au moins partiellement, la réduction d'interférences et les puissances d'émission des terminaux mobiles.
Toujours selon un mode de réalisation particulier, le procédé comprend en outre une étape de calcul dudit au moins un seuil de puissance, ledit au moins un seuil de puissance étant calculé en fonction de la taille de ladite bande de fréquences, de la taille de sous-bandes de fréquences de ladite pluralité de sous-bandes de fréquences et d'une puissance d'émission estimée d'une pluralité de terminaux mobiles en communication avec ladite station de base.
Ainsi, la sélection de la sous-bande devant être utilisée par un terminal mobile est effectuée en fonction de l'utilisation de la bande de fréquence par des terminaux mobiles communiquant avec une même station de base et leur puissance d'émission.
Le procédé comprend en outre, de préférence, une étape de découpage de ladite bande de fréquences en ladite pluralité de sous-bandes de fréquences.
Selon un mode de réalisation particulier, ladite bande de fréquences est découpée en quatre sous-bandes de fréquences, une première sous-bande de fréquences étant associée à des puissances d'émission estimées supérieures à un premier seuil de puissance, au moins une seconde sous-bande de fréquences étant associée à des puissances d'émission estimées inférieures à un second seuil de puissance et une troisième sous-bande de fréquences étant
associée à des puissances d'émission estimées comprises entre lesdits premier et second seuils de puissance.
L'invention a aussi pour objet un programme d'ordinateur comprenant des instructions adaptées à la mise en œuvre de chacune des étapes du procédé décrit précédemment lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur ainsi qu'une station de base comprenant des moyens adaptés à la mise en œuvre de chacune des étapes du procédé décrit précédemment.
L'invention a également pour objet un réseau cellulaire comprenant au moins deux stations de base, chacune desdites au moins deux stations de base comprenant des moyens pour mettre en œuvre le procédé décrit précédemment, les règles d'association d'une sous- bande de fréquences à un seuil de puissance étant telles que si une sous-bande de fréquences est sélectionnée dans l'une desdites au moins deux stations de base pour un terminal mobile ayant une puissance d'émission estimée supérieure à un seuil de puissance élevé de ladite une desdites au moins deux stations de base, la même sous-bande de fréquences est sélectionnée dans l'autre desdites au moins deux stations de base pour un terminal mobile ayant une puissance d'émission estimée inférieure à un seuil de puissance faible de ladite autre desdites au moins deux stations de base.
De façon avantageuse, le réseau cellulaire comprend une pluralité de stations de base, chacune desdites stations de base définissant une cellule, selon lequel l'association entre au moins une sous-bande de fréquences et un intervalle de puissances d'émission estimées est une association injective différente pour toute paire de cellules adjacentes du réseau cellulaire.
Les avantages procurés par le programme d'ordinateur, la station de base et le réseau cellulaire sont similaires à ceux évoqués précédemment.
D'autres avantages, buts et caractéristiques de la présente invention ressortent de la description détaillée qui suit, faite à titre d'exemple non limitatif, au regard des dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 , comprenant les figures 1 a et 1 b, représente schématiquement des exemples de découpage d'une bande de fréquences d'émission de terminaux mobiles ;
- la figure 2 illustre schématiquement un exemple d'algorithme mis en œuvre dans une station de base pour sélectionner une sous-bande de fréquences selon la puissance d'émission estimée d'un terminal mobile ;
- la figure 3, comprenant les figures 3a et 3b, représente un exemple de résultats attendus par une mise en œuvre de l'invention ; et,
- la figure 4 un exemple d'architecture matérielle adaptée à mettre en œuvre certaines étapes de l'invention, notamment l'algorithme décrit en référence à la figure 2.
De façon générale, l'invention a pour objet de déterminer une sous-bande de fréquences devant être utilisée par un terminal mobile pour établir une communication montante vers une station de base dans un réseau cellulaire fonctionnant par allocation de fréquences, c'est-à-dire, par exemple, un réseau de type OFDMA ou SC-FDMA, la sous-bande étant sélectionnée en fonction de la puissance d'émission estimée de ce terminal mobile. En
choisissant ainsi les sous-bandes de fréquences utilisées par des terminaux mobiles dans des communications montantes, il est possible de réduire les interférences et, par voie de conséquence, de limiter la puissance d'émission de ces terminaux mobiles (aucune restriction de puissance n'est imposée aux terminaux). Les puissances d'émission estimées des terminaux mobiles sont ici calculées par les stations de base de façon classique.
On considère à présent un mode de réalisation de l'invention, dans lequel les terminaux mobiles sont contrôlés en puissance. Ce contrôle peut, par exemple, être conforme à la norme TS 36.213 du 3GPP (sigle de 3rd Génération Partnership Project en terminologie anglo- saxonne). Selon cette norme, la station de base communique à chaque terminal associé, à des instants prédéterminés, des informations concernant la qualité du lien entre elle et le terminal (typiquement, un taux d'erreur de transmission). Sur cette base, le terminal détermine la puissance d'émission minimale nécessaire pour atteindre, avec une qualité de lien cible (exprimée par un taux d'erreur inférieur à un seuil maximal prédéfini), le schéma de modulation et de codage que le terminal pourrait atteindre avec sa puissance d'émission maximale (en supposant que le niveau d'interférence est moyen) ; cette puissance minimale coïncide généralement avec la puissance minimale nécessaire pour permettre au terminal d'émettre avec le débit maximal possible compte tenu des interférences présentes à l'endroit où il se trouve. Le terminal émet alors vers la station de base à une puissance égale à cette puissance d'émission minimale. Ce calcul de puissance minimale est standard et peut être effectué également par la station de base. Dans la suite de la description, une telle puissance calculée par la station de base est appelée la « puissance estimée » du terminal mobile.
A ces fins, la bande de fréquences utilisée par les terminaux mobiles d'un réseau cellulaire est découpée en sous-bandes de fréquences. Les sous-bandes sont, de préférence, les mêmes pour toutes les cellules du réseau cellulaire.
La figure 1 , comprenant les figures 1 a et 1 b, illustre des exemples de découpage d'une bande de fréquences, comprise entre les fréquences Fmin et Fmax. La taille de la bande de fréquences est ici de N éléments de base, appelés chunks ou resource blocks en terminologie anglo-saxonne.
Selon l'exemple illustré sur la figure 1 a, la bande de fréquences est découpée en un nombre P de sous-bandes. Ainsi, une première sous-bande est définie par la plage de fréquences [Fmin ; F,], une deuxième sous-bande est définie par la plage de fréquences [F, ; F2] et ainsi de suite jusqu'à la plage de fréquences [FP., ; Fmax].
Cependant, les tailles des sous-bandes de fréquences ne sont pas nécessairement identiques. Ainsi, comme illustré sur la figure 1 b, une bande de fréquences peut être divisée en quatre sous-bandes de fréquences où la première sous-bande, définie par la plage de fréquences [F3 ; Fmax] a une taille égale à Λ/, et où les deuxième, troisième et quatrième sous- bandes de fréquences, définies par les plages de fréquences [F2 ; F3], [F, ; F2] et [Fmin ; F,], respectivement, ont une taille égale à N2, où Λ/, est différent de N2.
Comme indiqué précédemment, la sélection d'une sous-bande de fréquences devant être utilisée par un terminal mobile est déterminée selon la puissance estimée d'émission de ce terminal mobile. A ces fins, la puissance estimée d'émission d'un terminal mobile est comparée à des intervalles de puissance, définis par des seuils de puissance préalablement calculés, et associés aux sous-bandes de fréquences pouvant être utilisées. Les intervalles de puissance sont ici définis par des seuils de puissance calculés ainsi que par des valeurs minimale et maximale de puissance d'émission, typiquement zéro et la puissance maximale d'émission du terminal mobile, respectivement.
Ces intervalles de puissance sont avantageusement calculés et associés aux sous- bandes de fréquences de façon dynamique, pour chaque cellule du réseau cellulaire (de façon indépendante). Pour chaque cellule, le calcul des seuils de puissance et l'association des intervalles de puissance correspondants aux sous-bandes de fréquences peuvent être réalisés de façon périodique, par exemple toutes les secondes ou lors de la détection d'un événement particulier tels que la variation du trafic moyen associé aux terminaux de la cellule. Alternativement, les seuils de puissance sont statiques et déterminés de façon empirique.
Selon un mode de réalisation particulier, ces seuils ou intervalles de puissance sont calculés de façon statistique afin d'assurer une répartition quasi uniforme des sous-bandes de fréquences aux terminaux mobiles communiquant avec la station de base considérée, c'est-à- dire aux terminaux mobiles appartenant à la cellule correspondante.
L'association d'intervalles de puissance aux sous-bandes de fréquences est réalisée de telle sorte que les interférences pouvant intervenir entre des communications montantes de terminaux mobiles de cellules proches interviennent essentiellement entre des terminaux mobiles, appartenant à une première cellule, nécessitant une forte puissance d'émission et des terminaux mobiles, appartenant à une seconde cellule, nécessitant une faible puissance d'émission. En d'autres termes, une même sous-bande est sélectionnée, dans une première cellule, pour des terminaux nécessitant une forte puissance d'émission et, dans une seconde cellule, pour des terminaux mobiles nécessitant une faible puissance d'émission.
Une telle sélection est réalisée selon des règles prédéterminées d'association d'intervalles de puissance d'émission et de sous-bandes de fréquences.
Ainsi, après avoir découpé une bande de fréquences utilisées en sous-bandes de fréquences, n seuils de puissance (6>,, θ2, ... , θη où θ1 < θ2 ... < θη) sont déterminés. Certains intervalles de seuils de puissance ([Θ, ; 6>,+,]) sont alors associés de façon injective à des sous- bandes de fréquences. Ainsi, en comparant la puissance d'émission estimée d'un terminal mobile aux intervalles de puissance déterminés, il est possible d'identifier l'intervalle de puissance auquel appartient la puissance d'émission estimée et, par conséquent, d'identifier la sous-bande de fréquences associée qui est alors utilisée par le terminal mobile considéré.
L'association injective entre un intervalle de puissance d'émission et une sous-bande de fréquences est différente pour au moins une paire de cellules voisines de telle sorte qu'une même sous-bande sélectionnée dans une cellule, pour des terminaux mobiles nécessitant une
forte puissance d'émission soit sélectionnée, dans une cellule voisine, pour des terminaux mobiles nécessitant une faible puissance d'émission.
A titre d'illustration, la quatrième sous-bande de fréquences illustrée sur la figure 1 b peut être associée aux terminaux d'une première cellule ayant une puissance d'émission supérieure à un seuil θ2 défini dans cette première cellule, c'est-à-dire ayant une puissance d'émission appartenant à l'intervalle [θ2 ;+«{, tandis qu'elle peut être associée aux terminaux d'une seconde cellule ayant une puissance d'émission inférieure à un autre seuil ΘΊ défini dans cette seconde cellule, c'est-à-dire ayant une puissance d'émission appartenant à l'intervalle [0 ; 0',[.
De façon générale, une règles d'association d'une sous-bande de fréquences à un intervalle de puissance est telle que, pour deux cellules voisines, si une sous-bande de fréquences est sélectionnée dans une station de base de l'une de ces cellules, pour un terminal mobile ayant une puissance d'émission estimée supérieure à un seuil de puissance élevé de cette station de base, la même sous-bande de fréquences est sélectionnée dans la station de base de l'autre cellule pour un terminal mobile ayant une puissance d'émission estimée inférieure à un seuil de puissance faible de la station de base de cette autre cellule. Un seuil de puissance élevé correspond, par exemple, à une puissance supérieure à la puissance moyenne d'émission de terminaux mobiles tandis qu'un seuil de puissance faible correspond, par exemple, à une puissance inférieure à la puissance moyenne d'émission de terminaux mobiles.
La figure 2 illustre schématiquement un exemple d'algorithme mis en œuvre dans une station de base pour sélectionner une sous-bande de fréquences selon la puissance d'émission estimée d'un terminal mobile.
Comme illustrée, une première étape (étape 200) a pour objet de découper la bande de fréquences utilisées en sous-bandes de fréquences, c'est-à-dire de définir les bornes F, de chaque sous-bande. Comme indiqué précédemment, les bornes F, sont, de préférence, les mêmes pour chaque cellule du réseau cellulaire. Par conséquent, ces bornes peuvent être calculées par chaque station de base, de façon similaire, ou être prédéterminées et reçues d'un autre système.
Une étape suivante (étape 205) a pour objet le calcul de seuils de puissance 0kJ où /' représente un index de seuils et k un index de cellules. Comme décrit précédemment, les seuils de puissance sont, selon un mode de réalisation particulier, définis de façon statistique. Les seuils de puissance sont déterminés dynamiquement pour obtenir une distribution de trafic équitable entre les sous-bandes de fréquences. La proportion de terminaux mobiles attribués à une sous-bande est ici égale au rapport entre la taille de cette sous-bande et la taille de la bande de fréquences.
A titre d'illustration, la bande de fréquences de taille Λ/ est découpée en quatre sous- bandes, trois sous-bandes ayant la même taille N2 et une sous-bande ayant une taille égale à Nu comme illustré sur la figure 1 b. Dans cet exemple, le réseau cellulaire est un réseau à
cellules hexagonales omnidirectionnelles. Deux seuils de puissance 6>, et θ2 (6>, < θ2) sont déterminés pour identifier les terminaux mobiles ayant une puissance d'émission élevée
(puissance d'émission supérieure à θ2, c'est-à-dire appartenant à l'intervalle [θ2 ;+∞[) et les terminaux mobiles ayant une puissance d'émission faible (puissance d'émission inférieure à 6>,, c'est-à-dire appartenant à l'intervalle [0 ;6>,[).
Les seuils θ1 et θ2 sont recalculés périodiquement. Entre deux mises à jour de ces seuils, la distribution de la puissance d'émission estimée des terminaux mobiles, appelée Pe, est calculée. Les seuils sont alors mis à jour d'une façon telle que :
2N N
Pr(Pe < 0i ) = _L et Pr(Pe > 02 ) = ^ où Pr() exprime une probabilité.
Ces relations peuvent exprimées sous la forme suivante :
où f() est la fonction de distribution de Pe.
Il est observé ici que les seuils de puissance étant ici calculés selon des caractéristique de chaque cellule, les seuils Θ, d'une station de base /( sont, a priori, différents des seuils θ, d'une station de base k'.
Les intervalles de puissance définis par ces seuils (considérés de façon ordonnée) sont alors associés à des sous-bandes de fréquences selon des règles prédéterminées propres à chaque cellule afin qu'une même sous-bande de fréquences soit associée à des terminaux mobiles ayant une puissance d'émission élevée dans une cellule et à des terminaux mobiles ayant une puissance d'émission faible dans des cellules voisines.
Ainsi, par exemple, les quatre sous-bandes de fréquences illustrées sur la figure 1 b peuvent être associées à des terminaux selon les règles suivantes,
- dans la cellule k :
o la première sous-bande de fréquences ([F3 ;FmaJ) est associée aux terminaux mobiles ayant une puissance d'émission estimée moyenne, c'est-à-dire aux terminaux ayant une puissance d'émission estimée Pe comprise entre les seuils é¾,i et é¾j2 < Pe < θ^∑ι ;
o la deuxième sous-bande de fréquences ([F2 ;F3]) est associée aux terminaux mobiles ayant une puissance d'émission estimée élevée, c'est-à-dire aux terminaux ayant une puissance d'émission estimée supérieure au seuil ΘΚ2 {Θ 2 < Pe < +∞) ; et,
o les troisième et quatrième sous-bandes de fréquences ([F, ;F2] et [Fmin ;F,]) sont associées aux terminaux mobiles ayant une puissance d'émission estimée faible, c'est-à-dire aux terminaux ayant une puissance d'émission estimée
inférieure au seuil Θ 1 (0 < Pe < (¾ ,). Les troisième et quatrième sous-bandes de fréquences sont associées de façon équilibrée aux terminaux mobiles ayant une faible puissance d'émission ;
dans la cellule k+1 , voisine de la cellule k :
o la première sous-bande de fréquences ([F3 ;Fmax]) est associée aux terminaux mobiles ayant une puissance d'émission estimée moyenne, c'est-à-dire aux terminaux ayant une puissance d'émission estimée comprise entre les seuils et ôk+1,2 (0k+i, i < Pe < k+1,2) ;
o la deuxième sous-bande de fréquences ([F2 ;F3]) est associée aux terminaux mobiles ayant une puissance d'émission estimée faible, c'est-à-dire aux terminaux ayant une puissance d'émission estimée inférieure au seuil 0k+ 1 (0 <
o la troisième sous-bande de fréquences ([F, ;F2]) est associée aux terminaux mobiles ayant une puissance d'émission estimée élevée, c'est-à-dire aux terminaux ayant une puissance d'émission estimée supérieure au seuil 0k+ 2
o la quatrième sous-bande de fréquences ([Fmin ;F,]) est associée aux terminaux mobiles ayant une puissance d'émission estimée faible, c'est-à-dire aux terminaux ayant une puissance d'émission estimée inférieure au seuil 0k+ 1 (0 < Pe < (¾+/,/). Les deuxième et quatrième sous-bandes de fréquences sont associées de façon équilibrée aux terminaux mobiles ayant une faible puissance d'émission ;
dans la cellule k+2, voisine de la cellule k :
o la première sous-bande de fréquences ([F3 ;FmaJ) est associée aux terminaux mobiles ayant une puissance d'émission estimée moyenne, c'est-à-dire aux terminaux ayant une puissance d'émission estimée comprise entre les seuils
Sk+2,1 6t é¾+2j2 (έ¾+2, ί < Pe < &k+2,2)
o les deuxième et troisième sous-bandes de fréquences ([F2 ;F3] et [F, ;F2]) sont associées aux terminaux mobiles ayant une puissance d'émission estimée faible, c'est-à-dire aux terminaux ayant une puissance d'émission estimée inférieure au seuil ek+2,i (0 < Pe < ek+2,i). Les deuxième et troisième sous- bandes de fréquences sont associées de façon équilibrée aux terminaux mobiles ayant une faible puissance d'émission ; et,
o la quatrième sous-bande de fréquences ([Fmin ;F,]) est associée aux terminaux mobiles ayant une puissance d'émission estimée élevée, c'est-à-dire aux terminaux ayant une puissance d'émission estimée supérieure au seuil ek+2,2
(&k+2,2< Pe < +∞)■
Selon cet exemple, la première sous-bande de fréquences ([F3 ;FmaJ) est utilisée de façon similaire dans des cellules voisines (sous-bande de fréquences utilisée par les terminaux mobiles ayant une puissance d'émission moyenne). Par conséquent, la taille de cette sous- bande de fréquences est, de préférence, supérieure à celle des autres sous-bandes. Ces dernières sont utilisées de façon différente dans chaque cellule voisine de telle sorte que, de préférence, une sous-bande ne soit associée à des terminaux mobiles ayant une puissance d'émission élevée que dans une seule cellule parmi un ensemble de cellules voisines.
De retour à la figure 2, un test est alors effectué pour déterminer si les seuils de puissance doivent être recalculés ou non (étape 210). Ce test consiste à identifier la fin d'une période de temps prédéterminée ou à détecter un événement particulier. Dans l'affirmative, l'étape de calcul des seuils de puissance (étape 205) est exécutée.
S'il n'est pas nécessaire de recalculer les seuils de puissance, un autre test est effectué pour déterminer si une sous-bande de fréquences doit être sélectionnée pour un terminal mobile (étape 215). La réponse à ce test est positive lorsqu'un terminal mobile cherche à établir une communication montante avec la station de base et négative dans le cas contraire. Si une sous-bande de fréquences ne doit pas être sélectionnée pour un terminal mobile, l'algorithme retourne à l'étape 210 pour déterminer s'il est nécessaire ou non de recalculer des seuils de puissance.
Dans le cas contraire, si une sous-bande de fréquences doit être sélectionnée pour un terminal mobile y, la puissance d'émission de ce terminal mobile est estimée (étape 220). La puissance d'émission estimée du terminal mobile j est ici notée Pej. Comme indiqué précédemment, la puissance d'émission estimée est la plus petite puissance de transmission nécessaire pour atteindre le schéma de modulation et de codage que le terminal aurait atteint avec sa puissance maximale (en supposant que le niveau d'interférence est moyen, c'est-à- dire, selon l'exemple précédent, en supposant que la sous-bande de fréquences utilisée soit la première sous-bande).
Dans une étape suivante, une sous-bande de fréquences est sélectionnée pour être utilisée par le terminal mobile considéré (étape 225). A ces fins, la puissance d'émission préalablement estimée (Pej) est comparée aux intervalles de puissance définis par les seuils (6 préalablement calculés. Une sous-bande de fréquences (SBj) est alors identifiée selon le résultat de la comparaison et les règles d'association entre les intervalles de puissance et les sous-bandes de fréquences.
Une référence de la sous-bande sélectionnée (SBj) ainsi que, de préférence, des informations (Infoj) sur la qualité du lien (pour permettre au terminal mobile, comme décrit précédemment, de calculer la puissance d'émission requise) sont alors transmises au terminal mobile considéré (étape 230) et l'algorithme reboucle sur l'étape 210 pour recalculer, si nécessaire, les seuils de puissance et continuer la sélection de sous-bandes de fréquences d'émission pour les terminaux mobiles de la cellule.
La référence reçue à une sous-bande de fréquences est utilisée par le terminal mobile considéré pour établir une communication montante avec la station de base mettant en œuvre l'algorithme. En outre, de façon avantageuse, la puissance d'émission résultante du terminal mobile réduit les interférences dans le réseau cellulaire ainsi que la consommation électrique du terminal, par comparaison avec l'art antérieur.
Il est observé ici que si les seuils de puissance (6y sont statiques et prédéterminés, il n'est pas nécessaire de les réévaluer. Par conséquent, l'étape 210 n'est pas utile et l'étape 205 vise essentiellement l'association de seuils de puissance aux sous-bandes de fréquences.
La sélection de sous-bandes de fréquence pour l'établissement de communication montante entre des terminaux mobiles et des stations de base selon la puissance d'émission estimées des terminaux mobiles, conformément à l'invention, permet de réduire les interférences entre les communications et, par conséquent, de réduire la puissance d'émission nécessaire pour chaque terminal mobile entre chaque cycle de sélection de sous-bandes de fréquences. Ainsi, de façon dynamique, le réseau converge vers un état optimisé en termes d'interférences et de puissance d'émission des terminaux mobiles.
La figure 3, comprenant les figures 3a et 3b, représente un exemple de résultats attendus par une mise en œuvre de l'invention. Ces résultats, donnés ici à titre d'illustration, ont été obtenus par simulation. Cependant, il doit être noté que les performances réelles d'un système mettant en œuvre l'invention sont liées aux conditions réelles et que, par conséquent, ils peuvent varier par rapport aux résultats théoriques.
La figure 3a représente le débit moyen d'une cellule en fonction du taux d'arrivée de terminaux mobiles dans la cellule lorsque l'invention est mise en œuvre (trait continu comprenant des cercles), lorsqu'une réutilisation de fréquence égale à un est mise en oeuvre (simple trait continu), lorsqu'une réutilisation de fréquence égale à trois est mise en oeuvre (trait continu comprenant des croix) et lorsqu'une réutilisation de fréquence fractionnelle est mise en œuvre (trait continu comprenant des triangles). Une réutilisation de fréquence égale à un vise ici un système selon lequel toutes les fréquences sont utilisées d'une façon équivalente dans la cellule. Une réutilisation de fréquence de trois alloue un tiers de la bande de fréquence à une cellule et lui interdit d'utiliser le restant des fréquences disponibles, de façon à ce que deux cellules voisines utilisent des fréquences différentes. Enfin, une réutilisation de fréquence fractionnelle classe les terminaux mobiles selon leur position dans la cellule et bride les puissances d'émissions en fonction de la bande allouée. Ces mécanismes sont notamment décrits dans la proposition de la société Nokia intitulée "Uplink inter œil interférence mitigation and text proposai', 3GPP TSG-RAN WG1 #44, R1 -060298, Denver, USA, février 2006.
La figure 3b représente la puissance émise en fonction de la distance des terminaux mobiles à la station de base lorsque l'invention est mise en œuvre (trait continu comprenant des cercles), lorsqu'une réutilisation de fréquence égale à un est mise en oeuvre (simple trait continu), lorsqu'une réutilisation de fréquence égale à trois est mise en oeuvre (trait continu
comprenant des croix) et lorsqu'une réutilisation de fréquence fractionnelle est mise en œuvre (trait continu comprenant des triangles).
Conformément à la figure 3, l'invention permet de réduire la puissance consommée par les terminaux mobiles et d'augmenter le débit de données échangées.
La figure 4 illustre un exemple d'architecture matérielle d'un dispositif 400 adapté à mettre en œuvre certaines étapes de l'invention, en particulier les étapes décrites en référence à la figure 2. Le dispositif 400 est, par exemple, un calculateur ou un ordinateur appartenant à une station de base. Il comporte ici un bus de communication 405 auquel sont reliés :
- une ou plusieurs unités centrales de traitement ou microprocesseurs 410 (CPU) ;
- une mémoire morte 415 (ROM, acronyme de Read Only Memory en terminologie anglo-saxonne) pouvant comporter des programmes (prog, progl et prog2) nécessaires à la mise en œuvre de l'invention ;
- une mémoire vive ou mémoire cache 420 (RAM, acronyme de Random Access Memory en terminologie anglo-saxonne) comportant des registres adaptés à enregistrer des variables et paramètres créés et modifiés au cours de l'exécution des programmes précités ; et
- une interface de communication 450 adaptée à transmettre et à recevoir des données.
Le dispositif 400 dispose également, de préférence, d'un disque dur 435 pouvant comporter les programmes précités ainsi que des informations traitées ou à traiter selon l'invention et d'un lecteur de cartes mémoires 440 adapté à recevoir une carte mémoire 445 et à y lire ou à y écrire des données traitées ou à traiter selon l'invention.
Le bus de communication permet la communication et l'interopérabilité entre les différents éléments inclus dans le dispositif 400 ou reliés à lui. La représentation du bus n'est pas limitative et, notamment, l'unité centrale est susceptible de communiquer des instructions à tout élément du dispositif 400 directement ou par l'intermédiaire d'un autre élément du dispositif 400.
Le code exécutable de chaque programme permettant au dispositif programmable de mettre en œuvre les processus selon l'invention, peut être stocké, par exemple, dans le disque dur 435 ou en mémoire morte 415.
Selon une variante, la carte mémoire 445 peut contenir des informations, notamment des informations à traiter selon l'invention, ainsi que le code exécutable des programmes précités qui, une fois lu par le dispositif 400, est stocké dans le disque dur 435.
Selon une autre variante, le code exécutable des programmes et les informations à traiter selon l'invention pourront être reçus, au moins partiellement, par l'intermédiaire de l'interface 450, pour être stocké de façon identique à celle décrite précédemment.
De manière plus générale, le ou les programmes ainsi que les informations à traiter selon l'invention pourront être chargés dans un des moyens de stockage du dispositif 400 avant d'être exécutés.
L'unité centrale 410 va commander et diriger l'exécution des instructions ou portions de code logiciel du ou des programmes selon l'invention, instructions qui sont stockées dans le disque dur 435 ou dans la mémoire morte 415 ou bien dans les autres éléments de stockage précités. Lors de la mise sous tension, le ou les programmes qui sont stockés dans une mémoire non volatile, par exemple le disque dur 435 ou la mémoire morte 415, sont transférés dans la mémoire vive 420 qui contient alors le code exécutable du ou des programmes selon l'invention, ainsi que des registres pour mémoriser les variables et paramètres nécessaires à la mise en œuvre de l'invention.
Naturellement, pour satisfaire des besoins spécifiques, une personne compétente dans le domaine de l'invention pourra appliquer des modifications dans la description précédente.
Claims
1 . Procédé de sélection d'une sous-bande de fréquences dans une station de base pour réseau cellulaire fonctionnant par allocation de fréquences, ladite sous-bande de fréquences appartenant à une pluralité de sous-bandes de fréquences d'une bande de fréquences susceptibles d'être utilisées par un terminal mobile pour établir une communication montante avec ladite station de base, ce procédé comprenant une étape d'estimation d'un niveau de performance atteint par ledit au moins un terminal mobile selon un critère prédéterminé, et étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre les étapes suivantes :
- estimation (220) d'une puissance d'émission minimale dudit au moins un terminal mobile requise pour atteindre ledit niveau de performance ;
- comparaison de ladite puissance d'émission estimée à au moins un intervalle de puissance défini par au moins un seuil de puissance préalablement calculé ;
- en réponse à ladite comparaison, sélection (225) d'une sous-bande de fréquences de ladite pluralité de sous-bandes de fréquences, ladite sous-bande de fréquences sélectionnée étant associée, selon une règle prédéterminée, audit au moins un intervalle de puissance ; et,
- transmission (230) d'un identifiant de ladite sous-bande de fréquences sélectionnée audit au moins un terminal mobile, ledit au moins un terminal mobile devant utiliser ladite sous-bande de fréquences sélectionnée pour établir une communication montante avec ladite station de base.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que ledit niveau de performance selon un critère prédéterminé est associé à un schéma de modulation et de codage prédéterminé.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit niveau de performance selon un critère prédéterminé est associé à un schéma de modulation et de codage correspondant à une puissance d'émission maximale dudit au moins un terminal mobile.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit niveau de performance selon un critère prédéterminé est le débit maximal accessible audit au moins un terminal mobile.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant en outre une étape de transmission (230) audit au moins un terminal mobile d'informations lui permettant de calculer une puissance d'émission.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, selon lequel lesdites étapes d'estimation d'une puissance d'émission, de comparaison de ladite puissance d'émission estimée à au moins un intervalle de puissance, de sélection d'une sous-bande de fréquences et de transmission d'un identifiant de ladite sous-bande de fréquences sélectionnée sont exécutées périodiquement ou lors de la détection d'un événement particulier.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant en outre une étape de calcul (205) dudit au moins un seuil de puissance, ledit au moins un seuil de puissance étant calculé en fonction de la taille de ladite bande de fréquences, de la taille de sous-bandes de fréquences de ladite pluralité de sous-bandes de fréquences et d'une puissance d'émission estimée d'une pluralité de terminaux mobiles en communication avec ladite station de base.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes comprenant en outre une étape de découpage (200) de ladite bande de fréquences en ladite pluralité de sous-bandes de fréquences.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, ladite bande de fréquences étant découpée en quatre sous-bandes de fréquences, une première sous- bande de fréquences étant associée à des puissances d'émission estimées supérieures à un premier seuil de puissance, au moins une seconde sous-bande de fréquences étant associée à des puissances d'émission estimées inférieures à un second seuil de puissance et une troisième sous-bande de fréquences étant associée à des puissances d'émission estimées comprises entre lesdits premier et second seuils de puissance.
10. Programme d'ordinateur comprenant des instructions adaptées à la mise en œuvre de chacune des étapes du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur.
1 1 . Station de base comprenant des moyens adaptés à la mise en œuvre de chacune des étapes du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9.
12. Réseau cellulaire comprenant au moins deux stations de base, chacune desdites au moins deux stations de base comprenant des moyens pour mettre en œuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, les règles d'association d'une sous- bande de fréquences à un seuil de puissance étant telles que si une sous-bande de fréquences est sélectionnée dans l'une desdites au moins deux stations de base pour un terminal mobile ayant une puissance d'émission estimée supérieure à un seuil de puissance élevé de ladite une desdites au moins deux stations de base, la même sous-bande de fréquences est sélectionnée dans l'autre desdites au moins deux stations de base pour un terminal mobile ayant une puissance d'émission estimée inférieure à un seuil de puissance faible de ladite autre desdites au moins deux stations de base.
13. Réseau cellulaire selon la revendication 12 comprenant une pluralité de stations de base, chacune desdites stations de base définissant une cellule, selon lequel l'association entre au moins une sous-bande de fréquences et un intervalle de puissances d'émission estimées est une association injective différente pour toute paire de cellules adjacentes du réseau cellulaire.
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