ES2244701T3 - Procedimiento para la transmision de datos en un sistema de radiocomunicacion. - Google Patents
Procedimiento para la transmision de datos en un sistema de radiocomunicacion.Info
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Abstract
Procedimiento para la transferencia de datos en un sistema de radio comunicación, a) en el que a cada uno de los abonados está asignada una calidad de servicio, b) en el que para establecer una nueva conexión por medio de la cual debe prestarse un servicio, se determina para un abonado, en función de la calidad de servicio asignada al abonado y de las condiciones de radio transmisión, un número de elementos de canal necesarios para la transmisión de datos por medio de una interfaz del sistema de radio comunicación, c) en el que, en caso de que se disponga del número necesario de elementos de canal, se asignan a la conexión los elementos de canal y se establece la conexión, d) en el que, en caso de que no se disponga del número necesario de elementos de canal y se proporcione como mínimo una conexión de un abonado con una calidad de servicio menor que la que está asociada al abonado de la nueva conexión, se reduce en esta conexión existente el número de elementos de canal asignados y se liberan los elementos de canal sobrantes, de modo que el número de elementos de canal asignados a esta conexión no supere un valor predeterminado, e) en el que, en caso de que el número de elementos de canal liberados corresponda al menos al número necesario, se establece la conexión, caracterizado porque la reducción del número de elementos de canal asignados tiene lugar en dos etapas, de modo que en una primera etapa se reduce un primer factor el número de elementos de canal asignados de forma sucesiva en todas las conexiones de abonados cuya calidad de servicio es menor que la del abonado de la nueva conexión, y en una segunda etapa se reduce un segundo factor, de modo que el primer factor y el segundo factor dependen del servicio correspondiente.
Description
Procedimiento para la transmisión de datos en un
sistema de radiocomunicación.
Los sistemas de radiocomunicación sirven para la
transmisión de información, voz o datos con ayuda de ondas
electromagnéticas por medio de una interfaz de radio, también
denominada interfaz aérea, entre una estación de radio emisora y una
estación de radio receptora. Un ejemplo de un sistema de
radiocomunicación es el conocido sistema de radiocomunicaciones
móviles GSM, así como su desarrollo ulterior con un servicio de
datos por paquetes GPRS o EGPRS, cuya arquitectura se describe, por
ejemplo, en P. Walke, Mobilfunknetze und ihre Protokolle, tomo 1,
Teubner Verlag Stuttgart, 1998, pp. 138 a 151 y pp. 295 a 311. En
este caso, para la transmisión de una señal de abonado está previsto
en cada caso un canal formado por una franja de frecuencia de banda
estrecha. La transmisión en un canal tiene lugar en intervalos de
tiempo que comprenden varias ranuras temporales. Cada ranura
temporal define un elemento de canal. Dado que una señal de abonado
en un elemento de canal se diferencia en frecuencia y tiempo del
resto de señales de abonado, la estación de radio puede llevar a
cabo una detección de los datos de la señal de abonado. En los
sistemas de radiocomunicación más nuevos, tales como, por ejemplo,
el sistema UMTS, los abonados individuales se diferencian además por
diferentes códigos de difusión.
En la transmisión de datos distribuidos por
paquetes, la transmisión de los datos para varios abonados tiene
lugar en la multiplexión por división en el tiempo por medio de un
único elemento físico de canal. En este caso, cada abonado también
puede ocupar al mismo tiempo varios elementos físicos de canal
(Multislot).
La asignación de los abonados individuales a un
elemento de canal tiene lugar por medio de una unidad de control de
los datos por paquetes. En la unidad de control de datos por
paquetes está prevista una gestión de la línea de espera que
multiplexa las corrientes de datos que llegan de las distintas
conexiones en el elemento de canal predeterminado.
Se conoce (véase, por ejemplo, Boudewijn R.
Haverkort "Performance of computer communication systems" (John
Wiley & Sons - ISBN 0 471 97228 2 - 1998 - capítulo 9 (pp 173 -
195)) el multiplexar las corrientes de datos en un elemento de canal
de acuerdo con un denominado sistema de Polling
(interrogación secuencial). En este caso, se extraen de forma
secuencial los bloques de datos de las corrientes de datos que
llegan y se transmiten unos tras otros. Una variante especial del
sistema de Polling se conoce como procedimiento
Round-Robin (transmisión cíclica).
En los futuros sistemas de radiocomunicaciones
móviles con servicios de datos por paquetes, tales como, por
ejemplo, GPRS o EGPRS, está previsto asignar a cada abonado una
calidad de servicio con una tasa de transferencia de datos que ha de
conseguirse o un tiempo máximo de retardo / transferencia y / o una
fiabilidad determinada. La calidad del servicio se determina, por
ejemplo, a partir de los parámetros "traffic class" (tipo de
tráfico), "traffic handling priority" (prioridad de tratamiento
del tráfico), "allocation/retention priority" (prioridad de
asignación / retención), "radio priority" (prioridad de radio),
"service precedence" (precedencia de servicio), etc. En este
caso, puede lograrse también una tasa de transferencia de datos
común que ha de conseguirse o un tiempo máximo común de retardo /
transferencia y / o una determinada fiabilidad común para todos los
abonados, de modo que entonces los servicios sólo se diferencian
mediante los requisitos de la calidad del servicio. Los abonados con
una alta calidad de servicio deberían tratarse entonces de forma
favorecida respecto a los abonados con una calidad de servicio más
reducida. En el estándar (3G TS 23.107 V3.3.0
(2000-06)) se deja abierta la implementación. En el
estándar únicamente se describe que la gestión de la red distribuye
las capacidades de transmisión existentes en los distintos
servicios, de modo que a los servicios interactivos se les asigna
una prioridad más alta que a los servicios de fondo. Los servicios
de fondo utilizan las capacidades de transmisión sólo cuando éstas
no son requeridas por los servicios interactivos.
A partir del documento EP 0 946 008 A2 se conoce
un procedimiento para controlar las comunicaciones. En este caso, se
reducen gradualmente los parámetros de calidad del servicio (Quality
of Service Parameter) de las conexiones existentes cuando no puede
facilitarse un nivel de calidad de servicio requerido (Quality of
Service Level). Entonces las conexiones se ejecutan con un nivel de
calidad de servicio reducido.
A partir del documento US 5.649.299 se conoce un
procedimiento para adaptar un sistema digital de radiocomunicación a
un tráfico de abonados creciente. En este caso se induce a abonados
que presentan una alta velocidad de datos Vocoder (codificador de
señales vocales) y una baja prioridad a reducir una tasa de
transferencia de datos asignada. Con ello se consigue una adaptación
de las tasas de transferencia de datos Vocoder a un número de
abonados.
A partir del documento US 5.583.869 se conoce un
procedimiento para la asignación dinámica de recursos de radio
transmisión. En este caso se solicitan de una denominada
"communication unit" (unidad de comunicación) recursos de radio
transmisión de un "controler" (controlador) central. Si éstos
están disponibles, tiene lugar una asignación mediante el
"controler" a esta "unit" que a continuación lleva a cabo
su transmisión. Por parte del "controller" se supervisan las
transmisiones individuales y se determina un denominado "system
grade" ("grado de sistema" de diversos servicios. Basándose
en el correspondiente "system grade" tiene lugar una asignación
de un número adicional de recursos de radio transmisión.
Por tanto, la invención se basa en el problema de
indicar un procedimiento para la transmisión de datos en un sistema
de radiocomunicación en el que se tenga mejor en cuenta la calidad
del servicio de los abonados.
\newpage
Este problema se soluciona mediante un
procedimiento según la reivindicación 1. Otras configuraciones de la
invención se desprenden de las restantes reivindicaciones.
En el procedimiento para la transmisión de datos
en un sistema de radiocomunicación se asigna a cada abonado una
calidad de servicio. La calidad de servicio le garantiza al abonado
determinadas propiedades de la transmisión, especialmente una tasa
de transferencia de datos que ha de conseguirse, un tiempo máximo de
transmisión / retardo y / o una determinada fiabilidad. La calidad
del servicio puede determinar además una diferencia entre los
servicios en tiempo real, los servicios interactivos o los servicios
de fondo basándose en el tipo de tráfico (Traffic Class), las
prioridades del servicio dentro de un tipo de servicio interactivo
basándose en la prioridad de tratamiento del tráfico (Traffic
Handling Priority), requisitos respecto al retardo máximo, o datos
específicos de abonado (datos de suscripción) tales como la
prioridad de asignación / retención (allocation /retention
priority), etc. A partir de la calidad del servicio se deriva una
prioridad determinada para la transmisión. Para establecer una nueva
conexión para un abonado se determina, basándose en la tasa de
transferencia de datos que debe conseguirse para el abonado, la cual
está vinculada con la calidad del servicio y las condiciones de
radio transmisión, un número de elementos de canal necesario para la
transmisión de datos por medio de una interfaz del sistema de
radiocomunicación. Con ello se tiene en cuenta que las condiciones
de radiodifusión tienen una influencia directa sobre el esquema de
codificación que va a emplearse y la tasa de transferencia de
errores de bloque.
Para servicios con requisitos en tiempo real, el
cálculo del número necesario de elementos de canal tiene lugar
mediante una tasa de transferencia de datos garantizada para el
servicio. Para servicios sin un requisito concreto de una
determinada tasa de transferencia de datos, tal como, por ejemplo,
para servicios interactivos o servicios de fondo, se utilizan tasas
de transferencia de datos predeterminadas por la red. Éstas se
rigen, por ejemplo, según la máxima tasa de transferencia de datos
que puede facilitarse por la red para una conexión o que puede
recibirse por el terminal y tratarse, o una parte de ésta. Otra
posibilidad consiste en la asignación desde la parte de red de
determinadas tasas de transferencia de datos que se basan en
determinados ajustes previos y pueden ser diferentes para distintos
requisitos de calidad del servicio. Estas tasas de transferencia de
datos predeterminadas por la red se utilizan como valores de
referencia cuando la carga de tráfico en la celda es tan alta que no
puede asignarse a todos los abonados al mismo tiempo la máxima tasa
de transferencia de datos. Este valor de referencia para servicios
sin requisitos en tiempo real o la tasa de transferencia garantizada
para requisitos en tiempo real se denomina "tasa de transferencia
de datos que ha de conseguirse".
Si se dispone de suficientes elementos de canal
libres, entonces se le asigna a los abonados la máxima tasa de
transferencia de datos que puede aplicarse. Si los elementos de
canal disponibles no son suficientes para asignar la máxima tasa de
transferencia de datos, entonces, para aplicaciones
no-en-tiempo-real se
aspira en una primera etapa a la tasa de transferencia de datos que
ha de conseguirse. Con ello, se lleva a cabo una reducción de la
máxima tasa de transferencia de datos de forma primaria para
abonados con un requisito de calidad de servicio reducido, mientras
las tasas de transferencia de datos mayores se asignan a abonados
con una mayor calidad de servicio. También se pretende una reducción
adicional de la tasa de transferencia de datos de servicios
existentes mediante nuevos servicios que van a añadirse por debajo
de la tasa de transferencia de datos que ha de conseguirse
primariamente para servicios de requisitos de calidad de servicio
más bajos, mientras que a los servicios con mayores requisitos de
calidad de servicio se les atribuye una tasa de transferencia de
datos correspondientemente más alta.
El número necesario de elementos de canal puede
ser un número fraccionario. Éste es una medida de la capacidad de
transferencia necesaria para la transmisión.
Se comprueba si se dispone del número de
elementos de canal necesarios. Si éste es el caso, se asignan a la
conexión los elementos de canal y se establece la conexión.
Si no se dispone del número necesario de
elementos de canal, se comprueba si se da al menos una conexión de
un abonado al que está asociada una calidad de servicio más reducida
que la del abonado de la nueva conexión. Si éste es el caso,
entonces a esta conexión existente de menor calidad de servicio se
le reduce el número de elementos de canal asignados. En este caso,
no se queda por debajo de un valor predeterminado del número de
elementos de canal asignados. Este valor predeterminado se calcula
preferiblemente mediante la multiplicación con un factor menor de 1
obtenido a partir del número de elementos de canal necesario de
acuerdo con la tasa de transferencia de datos que ha de conseguirse
y las condiciones de radio transmisión. El resto de elementos de
canal se libera.
En caso de que el número de elementos de canal
liberados corresponda como mínimo al número necesario para la nueva
conexión, se establece esta nueva conexión. En caso de que la nueva
conexión se establezca para un servicio con requisitos de tiempo
real, y el número de elementos de canal liberados sea menor que el
número necesario de elementos de canal para la nueva conexión, se
deniega la nueva conexión. Si la nueva conexión está determinada
para un servicio sin requisitos de tiempo real, tales como, por
ejemplo, para servicios interactivos o servicios de fondo, también
puede establecerse la nueva conexión con un número menor que el
número de elementos de canal necesarios. En la red puede
determinarse hasta qué proporción del número de elementos de canal
necesarios puede establecerse una conexión.
La invención se basa en la idea de que se traten
de manera favorecida las conexiones de abonados de calidades de
servicio más altas. Al producirse un cuello de botella, se reduce el
número de elementos de canal que están asignados a un abonado de
calidad de servicio más reducida para posibilitar una conexión para
un abonado de calidad de servicio más alta. Esta idea básica no se
aplica preferiblemente sólo para el establecimiento de las
conexiones, sino también durante el funcionamiento. Esto significa
que si se empeoran las conexiones de radiodifusión para una conexión
de calidad de servicio alta, entonces las conexiones con calidad de
servicio más baja se reducen en su proporción de elementos de canal
y se facilitan estas conexiones de mayor calidad de servicio para
mantener la tasa de transferencia de datos que ha de conseguirse o
los tiempos máximos de transmisión / retardo para conexiones con
mayor calidad de servicio.
El procedimiento posibilita que una reducción
voluntaria de los recursos de transmisión a través de la red
comience de forma premeditada en el servicio con el menor requisito
de calidad de servicio y, al aumentar la carga, se amplíe a
servicios con mayores requisitos de calidad de servicio. Además, en
este procedimiento no se realiza únicamente una optimización local
por elemento de canal, sino una asignación global de los elementos
de canal puestos en común que también permite una clasificación de
las proporciones de recursos por varios elementos de canal.
Se encuentra dentro del alcance de la invención
el que un elemento de canal esté realizado en una portadora a través
de una ranura temporal. Una portadora se realiza, por ejemplo, a
través de una frecuencia de portadora.
Se sitúa dentro del alcance de la invención el
asignar a una conexión elementos de canal que están distribuidos en
como mínimo dos portadoras. Con ello también se posibilita un
establecimiento de la conexión cuando no esté disponible el número
necesario de elementos de canal en una única portadora.
En caso de que con una carga reducida del sistema
de radiocomunicación, al establecerse la nueva conexión en el
sistema de radiocomunicación esté disponible un número mayor de
elementos de canal del que es necesario para establecer la nueva
conexión de acuerdo con la tasa de transferencia de datos que ha de
conseguirse, se le asignan a la nueva conexión elementos de canal
adicionales en la medida en que pueda aprovecharse de ellos. Con
ello se le facilita al abonado de la nueva conexión una mayor tasa
de transferencia de datos.
En este caso es conveniente, para establecer una
nueva conexión para la cual no se dispone del número necesario de
elementos de canal, comprobar primero si hay conexiones existentes a
las que esté asignado un número mayor de elementos de canal del que
es necesario para estas conexiones basándose en la tasa de
transferencia de datos que ha de conseguirse y las condiciones de
radio transmisión. Si éste es el caso, entonces se reduce el número
de elementos de canal asignados a estas conexiones al número que ha
de conseguirse y se liberan los elementos de canal adicionales. Sólo
cuando se ha asignado a todas las conexiones existentes el número de
elementos de canal que es necesario de acuerdo con la tasa de
transferencia de datos que ha de conseguirse y las condiciones de
radio transmisión, se reduce adicionalmente, en caso necesario, el
número de elementos de canal asignados a una conexión con menor
calidad de servicio.
Para facilitar la gestión de los elementos de
canal asignados es ventajoso almacenar para cada abonado un
parámetro de la tasa de transferencia de datos en el sistema de
radiocomunicación que depende del número de elementos de canal
asignados actualmente y del número de elementos de canal necesarios
de acuerdo con la tasa de transferencia de datos que ha de
conseguirse y las condiciones de radio transmisión. Como parámetro
para la tasa de transferencia de datos es apropiada, por ejemplo, la
relación entre el número de elementos de canal asignado actualmente
y el número de elementos de canal necesario de acuerdo con la tasa
de transferencia de datos que ha de conseguirse y las condiciones de
radio transmisión.
Se sitúa dentro del alcance de la invención el
distribuir los elementos de canal asignados a un abonado en un mayor
número de elementos de canal del que corresponde al número asignado
de elementos de canal. De esta manera, proporciones de elementos de
canal que no son utilizados por otros abonados también pueden
asignarse a una conexión cuando la proporción es menor que una
proporción de un elemento de canal necesario para esta conexión.
Esta forma de proceder siempre es posible cuando el terminal para el
que se establece la conexión puede emitir o recibir simultáneamente
por el número correspondiente de elementos de canal, por ejemplo,
ranuras temporales.
Si al establecer una conexión la proporción
disponible de elementos de canal debiera estar distribuida por un
número mayor de elementos de canal del que permite el terminal
correspondiente, entonces es ventajoso prever primero una nueva
asignación de los elementos de canal a las conexiones existentes. En
este caso, los elementos de canal asignados a cada una de las
conexiones existentes se agrupa de tal manera que se minimiza el
número de elementos de canal por el que se reparten los elementos de
canal asignados a la correspondiente conexión. Con ello también se
concentran los elementos de canal liberados en un número menor de
elementos de canal.
Al finalizar una conexión, se liberan los
elementos de canal asignados a la conexión finalizada. A
continuación, los elementos de canal liberados pueden asignarse a
conexiones a las que está asignado un número más reducido de
elementos de canal que el que corresponde al número de elementos de
canal necesario de acuerdo con la tasa de transferencia de datos que
ha de conseguirse y las condiciones de radio transmisión. En caso de
que en el sistema de radiocomunicación se almacene el parámetro de
la tasa de transferencia de datos, éste puede utilizarse para
seleccionar las conexiones a las que se asignan elementos de
canal.
Si, al finalizar una conexión, a todas las demás
conexiones existentes está asignado como mínimo el número de
elementos de canal necesario de acuerdo con la tasa de transferencia
de datos que ha de conseguirse y las condiciones de radio
transmisión, entonces los elementos de canal liberados al finalizar
la conexión se asignan, al menos parcialmente, a una conexión
existente. A este respecto, preferiblemente se asignan primero
elementos de canal adicionales a la conexión del abonado con la
máxima calidad de servicio. Esta asignación adicional puede
realizarse hasta alcanzar una tasa máxima de transferencia de datos
que es posible para la transmisión. La tasa máxima de transferencia
de datos puede resultar más reducida mediante una conexión adicional
de la estación móvil a otro terminal, por ejemplo, a un aparato
externo de visualización de datos, que la tasa máxima de
transferencia de datos real de la estación móvil sola. Para ello,
por ejemplo, una conexión de radiodifusión por infrarrojos entre la
estación móvil y el aparato de visualización de datos puede conducir
a una reducción de la tasa de transferencia de datos posible.
Si se modifican las condiciones de radio
transmisión para una conexión, entonces se determina nuevamente el
número de elementos de canal necesarios según la tasa de
transferencia de datos que ha de conseguirse y las condiciones de
radio transmisión para esta conexión. En caso de que el número de
elementos de canal asignados sea mayor que el número de elementos de
canal necesario nuevamente determinado, se liberan los elementos de
canal sobrantes.
Si el número de elementos de canal asignados es
menor que el número de elementos de canal necesarios determinado
nuevamente y hay una conexión de un abonado con una calidad de
servicio menor que a la que está asignado el abonado de la conexión
con las condiciones de radio transmisión modificadas, entonces para
la conexión del abonado con la menor calidad de servicio se reduce
el número de elementos de canal asignados un factor predeterminado
por debajo del número necesario de acuerdo con la tasa de
transferencia de datos que ha de conseguirse y las condiciones de
radio transmisión, y se liberan los elementos de canal restantes.
Los elementos de canal liberados se asignan entonces a la conexión
con las condiciones de radio transmisión modificadas.
Para atender de forma homogénea todas las
conexiones en caso de una alta carga de tráfico es ventajoso que la
reducción del número de elementos de canal asignados por debajo del
número de elementos de canal necesarios se lleve a cabo en dos
etapas. En este caso, primero a todas las conexiones de abonados con
una calidad de servicio menor que a la que está asignado el abonado
de la conexión en cuestión se les reduce de forma sucesiva un primer
factor el número de elementos de canal asignados. A continuación, a
todas las conexiones de abonados con una calidad de servicio menor
que a la que está asignado el abonado de la conexión en cuestión se
les reduce un segundo factor el número de elementos de canal
asignados. Se encuentra dentro del alcance de la invención
determinar el primer factor entre 0,4 y 0,6 y el segundo factor,
entre 0,1 y 0,3.
Se sitúa dentro del alcance de la invención el
diferenciar la calidad del servicio basándose en los parámetros MS
"multislot class" (tipo multiranura) y / o "radio
priority" (prioridad de radiodifusión) y / o "service
precedence" (precedencia de servicio) y / o "delay class"
(tipo de retardo) y / o "peak throughput class" (tipo de
rendimiento pico) y / o "mean throughput class" (tipo de
rendimiento medio) y / o "traffic class" ("tipo de
tráfico" y / o "realiability class" (tipo de fiabilidad) y /
o "maximum bitrate" (tasa máxima de transferencia de datos) y /
o "guaranteed bitrate" (tasa garantizada de transferencia de
datos) y / o "delivery order of erroneous SDU" (orden de
entrega de SDU (unidad de datos del servicio) errónea) y / o
"maximum SDU size" (tamaño máximo de SDU (unidad de datos del
servicio)) y / o "SDU error rate" (tasa de error de SDU) y / o
"residual bit error ratio" (proporción de errores de bit
residual) y / o "transfer delay" (retardo de transferencia) y /
o "traffic handling priority" (prioridad de tratamiento del
tráfico) y / o "allocation / retention priority" (prioridad de
asignación / retención).
La asignación de una parte de un elemento de
canal tiene el mismo significado que el hecho de que por medio de
este elemento de canal puedan transmitirse al menos dos conexiones
en el procedimiento de multiplexión, de modo que se facilita la
conexión correspondiente de la parte correspondiente de la capacidad
de transmisión del elemento de canal.
Preferiblemente, para controlar la asignación de
elementos de canal se utiliza una matriz cuyas columnas están
asignadas a los elementos de canal de un canal y cuyas filas están
asociadas a las conexiones. En este caso, los elementos de la matriz
indican en cada caso la parte del elemento de canal correspondiente
al que está asignada la conexión correspondiente.
Los vectores de las columnas de esta matriz
pueden utilizarse para controlar la transmisión de datos en el
elemento de canal correspondiente. Basándose en los valores puede
controlarse la multiplexión en el elemento de canal
correspondiente.
Si a n abonados está asignada en cada caso una
parte v_{i}, i = 1 ... n de un elemento j de canal, de modo que la
parte v_{i} se ajusta al comenzar la transmisión igual a una
proporción p_{i} inicial, entonces se realiza preferiblemente el
control de la transmisión de datos en el elemento j de canal dado
que el elemento j de canal se asigna, para la transmisión de datos,
en cada caso al abonado k al que esté asignada la máxima proporción
v_{k}. Expresado con otras palabras, para el abonado k se cumple:
v_{k} > v_{i} donde i \neq k. A continuación, se reduce una
unidad la proporción v_{k} del abonado k y, a la proporción de
todos los abonados i, se suma en cada caso el valor inicial de la
propia proporción p_{i}. En la siguiente asignación del elemento j
de canal se determina ahora, bajo estas proporciones modificadas, el
abonado cuya proporción sea la máxima. A éste se le asigna el
elemento j de canal para la transmisión de datos. De esta manera se
consigue que se minimice la desviación entre el número relativo de
bloques de datos transmitidos para un determinado servicio y su
proporción prevista en la capacidad de transmisión del elemento j de
canal.
A continuación se explica detalladamente la
invención basándose en ejemplos de realización que se muestran en
las figuras. En estos ejemplos se utiliza como indicador de calidad
la tasa media de transferencia de datos. Otras posibilidades
ofrecen, por ejemplo, las relaciones de la calidad del servicio para
el tiempo máximo de transmisión / retardo, el tipo de fiabilidad
(Reliability Class) o la proporción de errores (Error Ratio).
La figura 1 muestra un detalle de la arquitectura
de un sistema de radiocomunicación.
La figura 2 muestra un diagrama de bloques para
el establecimiento de una conexión.
La figura 3 muestra un diagrama de bloques para
el establecimiento de una conexión.
La figura 4 muestra un diagrama de bloques para
una modificación de la asignación de elementos de canal de acuerdo
con una mejora de las condiciones de radio transmisión para un
abonado.
La figura 5 muestra un diagrama de bloques para
una modificación de la asignación de canal tras un empeoramiento de
las condiciones de radio transmisión para un abonado.
Un sistema de radiocomunicación (véase la figura
1) comprende una pluralidad de estaciones BTS base por medio de las
cuales puede establecerse una conexión de radio transmisión con una
estación MS móvil. La estación BTS base está conectada mediante una
interfaz A_{bis} con un control BSC de la estación base. El
control BSC de la estación base está conectado mediante una interfaz
A_{sub} con una unidad TRAU de de transcodificación y adaptación
de la tasa de transferencia que está conectada mediante una interfaz
A con una centralita de conmutación móvil. La centralita MSC de
conmutación móvil representa la conexión con otras redes, por
ejemplo, con la red fija. Por medio de la interfaz A_{sub} y la
interfaz A se transmiten datos de circuito conmutado.
En el subsistema BSS de la estación base hay una
unidad PCU de control de datos por paquetes que puede estar
colocada, por ejemplo, en el control BSC de la estación base. En
este caso, el BSC presenta, para la distribución de datos
distribuidos por paquetes, la unidad PCU de control de datos por
paquetes que está conectada, por un lado, con la estación BTS base
por medio de la interfaz A_{bis} y, por otro lado, por ejemplo,
mediante una interfaz G_{b}, con un nodo SGSN de servicio de datos
por paquetes por medio del cual se establece una conexión con una
red de datos por paquetes, por ejemplo, la red IP.
La estación BTS base comprende varias unidades CU
de emisión / recepción y una unidad CORE central. Por medio de la
interfaz A_{bis} se suministran los datos transmitidos desde la
unidad CORE central a la unidad CU de emisión / recepción en
cuestión en cada caso.
En el sistema de radiodifusión móvil se
diferencian distintos canales por diferentes frecuencias de
portadora. Las unidades CU de emisión / recepción de una estación
BTS base se diferencian en la frecuencia de portadora enviada o
recibida en cada caso. Un canal se divide en elementos de canal
mediante diferentes ranuras temporales. Se define un intervalo de
tiempo que comprende ocho ranuras temporales. Un elemento de canal
se define mediante una ranura temporal determinada en un intervalo
de tiempo de la unidad CU de emisión / recepción
correspondiente.
La transmisión de datos distribuidos por paquetes
puede tener lugar para varias conexiones en la multiplexión por
división en el tiempo por medio de un único elemento físico de
canal. En este caso a una conexión también puede asignársele al
mismo tiempo más de un elemento de canal. La asignación de las
conexiones individuales a un elemento de canal tiene lugar en el
control PCu de datos por paquetes por medio de un elemento W de
gestión de espera y, en la estación BTS base, por medio de la unidad
CORE central.
Tras una consulta para establecer la conexión
para un abonado k, se calcula primero el número de elementos de
canal necesarios para el abonado k (véase la figura 2). En este
caso, se considera la tasa de transferencia de datos que ha de
conseguirse para el abonado k de acuerdo con la calidad de servicio
asignada. Además, se tienen en consideración las condiciones de
radio transmisión dadas. El cálculo tiene lugar según la siguiente
fórmula:
RT_{k}=\sum\limits^{N}_{i=1}
P_{ik}\cdot CS \_\
Throughput_{k}\cdot(1-block\_\ error \_\
prob_{k})
donde
N es el número de elementos de canal
posibles,
RT_{k} es la tasa de transferencia de datos que
ha de conseguirse para el abonado k,
P_{ik} es la proporción de capacidad de
transmisión en el elemento i de canal para el abonado k,
CS_Throughput_{k} es la máxima tasa teórica de
transferencia de datos de usuario para el abonado k basándose en el
esquema de codificación GPRS / EDGE seleccionado, y
\newpage
block_error_prob_{k} es la tasa de repetición
para el abonado k basándose en la probabilidad de errores de bloque,
que depende de las condiciones de radiodifusión.
Para cada elemento i de canal se cumple
\sum\limits_{k}P_{ik}\geq
1\forall i\in
\{1...N\}
Al establecer la conexión se comprueba si está
libre un número suficiente de elementos de canal para que pueda
asignarse a la nueva conexión el número calculado de elementos de
canal. Si no está libre un número suficiente de elementos de canal,
entonces se comprueba si hay abonados a los que esté asignada una
calidad de servicio menor que al abonado de la nueva conexión que va
a establecerse y que podrían ceder elementos de canal. Para
posibilitar una nueva conexión, puede reducirse el número de
elementos de canal que está asignado a una conexión de menor calidad
de servicio y que no tiene que cumplir condiciones de tiempo real en
un factor, por ejemplo, hasta 0,1, de la tasa de transferencia de
datos que ha de conseguirse. Si existe este tipo de abonado de menor
calidad de servicio, entonces se liberan los elementos de canal
correspondiente. Para el abonado j de menor calidad de servicio se
calcula y almacena un parámetro DF_{j} de tasa de transferencia de
datos que es igual al cociente entre el número ahora real de
elementos de canal asignados y el número de elementos de canal
necesario de acuerdo con la calidad del servicio y las condiciones
de radio transmisión.
A continuación, se comprueba nuevamente si hay
libre un número suficiente de elementos de canal para establecer la
nueva conexión.
Si no existe un abonado j de menor calidad de
servicio que pueda ceder elementos de canal, entonces para
conexiones con condiciones de tiempo real se deniega la consulta
para el establecimiento de la conexión, para conexiones sin
condiciones de tiempo real se deniega la consulta para el
establecimiento de la conexión al no superar un número mínimo de
elementos de canal.
Por el contrario, si la capacidad del sistema de
radio comunicación es tan grande que quedan libres más elementos de
canal de los que corresponden al número de elementos de canal
necesarios para la nueva conexión, entonces pueden asignarse a la
nueva conexión también un número mayor de elementos de canal en la
medida en que ésta pueda beneficiarse de éstos. También en este caso
se calcula y almacena un parámetro DF_{k} de tasa de transferencia
de datos. El parámetro DF_{k} de tasa de transferencia de datos es
en este caso mayor de 1. El máximo número posible de elementos de
canal que pueden asignarse al abonado k se limita mediante la
propiedad de la estación móvil para la que se establece la conexión.
Pueden asignarse como máximo tantos elementos de canal realizados
mediante diferentes ranuras temporales como ranuras temporales haya
en la estación móvil en las que puede emitirse o recibirse al mismo
tiempo. Pueden darse otras limitaciones, por ejemplo, por la
potencia del procesador. En este caso, la estación móvil puede
comunicarle a la red, por ejemplo, que puede recibir datos
concretamente en n ranuras temporales, pero que no puede procesar n
veces la tasa de transferencia de datos del esquema de codificación
más alto. Otra limitación puede presentarse mediante la conexión a
aparatos adicionales con los que está conectada la estación móvil.
Esto se le indica a la red mediante el parámetro "peak throughput
rate" (tasa de rendimiento pico) o "maximum bit rate" (tasa
máxima de transferencia de bits).
De esta manera, puede conseguirse en la conexión
una tasa de transferencia de datos más alta que la que corresponde a
la calidad de servicio que ha de conseguirse.
Si se asigna a una conexión el esquema de
codificación CS-2, que corresponde a una tasa de
transferencia de datos de 12 kbit/s, siendo la probabilidad de
errores de bloque de 0,1 y la tasa de transferencia de datos que ha
de conseguirse de 22 kbit/s, entonces para la suma de los factores
p_{ik} de proporción se cumple
\sum\limits^{N}_{i=1}P_{ik}=\frac{22kbit/s}{12kbit/s
\cdot (1-0,1)}=
2.037.
Con ello se obtiene 2,037 para el número de
elementos de canal necesarios. Dado que los factores p_{ik} de
proporción para un elemento i de canal se obtienen en la suma como
máximo
\sum\limits_{k}P_{ik}=
1,
debe asignarse la capacidad de
transmisión para la conexión a diferentes elementos de canal. En
este caso existen diferentes posibilidades. Por ejemplo, pueden
asignarse a la conexión completamente el elemento 1 de canal y el
elemento 2 de canal, y una parte de 0,037 del elemento 3 de canal.
En este caso se
cumple
(p_{1k}=1) \ + \
(p_{2k}=1) \ + \
(p_{3k}=0.037).
\newpage
De forma alternativa, el elemento 1 de canal
puede asignarse de forma completa y de los elementos 2 y 3 del canal
se asignan proporciones de 0,5 ó 0,537 respectivamente. En este caso
se cumple
(p_{1k}=1) + (p_{2k}=0,5)
+
(p_{3k}=0,537).
Otra posibilidad consiste en que en el elemento 1
de canal se asigne la proporción 0,5, en el elemento 2 de canal se
asigne la proporción 0,5, en el elemento 3 de canal se asigne la
proporción 0,7, en el elemento 4 de canal se asigne la proporción
0,3 y en el elemento 5 de canal se asigne la proporción 0,037. En
este caso se cumple
(p_{1k}=0,5) \ + \
(p_{2k}=0,5) \ + \ (p_{3k}=0,7) \ + \ (p_{4k}=0,3) \ + \
(p_{5k}=0,037),
etc.
Pueden concebirse otras alternativas.
En el primer y el segundo ejemplo puede
establecerse la conexión a una estación móvil que permite el envío o
la recepción por medio de tres ranuras temporales. En el tercer
ejemplo, debe establecerse la conexión a una estación móvil en la
que es posible el envío o la recepción en como mínimo cinco ranuras
temporales.
La suma de los factores p_{ik} de proporción se
mantiene constante en la medida en que no cambien las condiciones de
radio transmisión. En caso de un cambio de las condiciones de radio
transmisión que ocasiona un cambio del esquema de codificación o que
provoca una variación de la tasa de errores de bloque, debe
calcularse nuevamente la suma de los factores p_{ik} de
proporción.
Si se multiplexan varios abonados k en un
elemento de canal, entonces es válida la siguiente consideración:
siendo A_{k} la tasa de transferencia de datos constante del
abonado k durante un intervalo de tiempo cualquiera en el que
parámetro de radio transmisión s mantiene constante, entonces, se
cumple:
A_{k}=CS \_\
Throughput_{k}\cdot(1-block\_\ error \_\
prob_{k})
Para tasas RT_{k} medias de transferencia de
datos del abonado k es válido:
RT_{k}=\sum\limits^{N}_{i=1}P_{ik}\cdot
A_{k}
Si se multiplexan n abonados simultáneamente en
un elemento de canal, entonces se cumple
RT_{1}=\sum\limits_{i}P_{i1}\cdot
A_{1}
RT_{2}=\sum\limits_{i}P_{i2}\cdot
A_{2}
RT_{3}=\sum\limits_{i}P_{i3}\cdot
A_{3}
...
RT_{n}=\sum\limits_{i}P_{in}\cdot
A_{n}
En un sistema GSM el número de abonados n puede
ser como máximo de ocho para conexiones de las estaciones móviles al
BTS (uplink, enlace ascendente) y como máximo de 16 para el sentido
contrario del BTS a las estaciones móviles (downlink, enlace
descendente).
Entonces debe cumplirse la siguiente condición:
el número de elementos de canal asignados a un abonado no debe ser
superior al número máximo de ranuras temporales por medio de las
cuales puede emitir o recibir la estación móvil para la cual está
establecida la conexión. Otra limitación consiste en la tasa máxima
de transferencia de datos que puede descender, por ejemplo, por la
conexión adicional de la estación móvil a un aparato de
visualización externo, más bajo que la tasa máxima real de
transferencia de datos de únicamente la estación móvil. Para ello,
por ejemplo, una conexión de radio transmisión por infrarrojos entre
la estación móvil y un aparato de visualización de datos puede
conducir a una reducción de la tasa de transferencia de datos
posible. Además, el número de abonados que se multiplexan en el
elemento de canal no puede ser mayor que un valor umbral que
garantiza una tasa de transferencia de datos razonable para cada
estación móvil, también en caso de una alta carga de tráfico. La
suma de los elementos p_{ik} para un elemento i de canal en k = 1
... n está limitada a uno dado que la carga de tráfico en un
elemento de canal no puede superarse en un 100%. La consideración
debe realizarse de forma independiente entre sí para elementos de
canal que se manejan por medio de diferentes unidades de emisión /
recepción.
Si finaliza la conexión de un abonado, entonces
se liberan los elementos de canal asignados a este abonado (véase la
figura 3). A continuación se comprueba si hay conexiones con un
parámetro DF de tasa de transferencia de datos menor de 1. Si éste
es el caso, entonces se asignan elementos de canal adicionales a la
conexión con la mayor calidad de servicio que presente el parámetro
DF de tasa de transferencia de datos menor de 1. En este caso, se
tiene en consideración el máximo número posible de elementos de
canal basándose en la estación móvil correspondiente.
Si no existe ninguna conexión con u parámetro DF
de transferencia de datos menor de 1, entonces se comprueba si
existen conexiones con un parámetro DF de tasa de transferencia de
datos igual a 1 que puedan aprovecharse de la asignación de
elementos de canal adicionales o del aumento de las proporciones
correspondientes. Si éste es el caso, entonces a la conexión con la
mayor calidad de servicio se le asignan elementos de canal de forma
adicional. De esta manera, se permite a las conexiones individuales
una tasa de transferencia de datos mayor que la prevista basándose
en la tasa de transferencia de datos que ha de conseguirse.
Si varían los parámetros de radio transmisión
para un abonado, entonces puede ser necesaria una adaptación del
número de elementos de canal asignados al abonado.
Si mejoran las condiciones de radio transmisión
para un abonado (véase la figura 4), entonces se calcula nuevamente
el número de elementos de canal necesario para el abonado basándose
en las condiciones de radio transmisión mejoradas. Por regla
general, el número de elementos de canal calculado nuevamente debido
a la mejora de las condiciones de radio transmisión será menor que
el número válido hasta el momento. Por tanto, se liberan los
elementos de canal superfluos.
A continuación, al igual que al establecer una
conexión de un abonado, se comprueba si existe una conexión cuyo
parámetro DF de tasa de transferencia de datos sea menor de 1, es
decir, al que estén asignados menos elementos de canal que el que
está previsto basándose en las condiciones de radio transmisión
reinantes. Si éste es el caso, entonces se asignan elementos de
canal adicionales con la máxima calidad de servicio a la conexión
con el parámetro DF de tasa de transferencia de datos menor de 1. Si
éste no es el caso, se comprueba si existen conexiones cuyo
parámetro DF de tasa de transferencia de datos sea igual a 1, es
decir, a las cuales está asignado exactamente el número de elementos
de canal que es necesario basándose en la tasa de transferencia de
datos que ha de conseguirse y en las condiciones reinantes de radio
transmisión. Si éste es el caso, entonces a la conexión con el
parámetro DF=1 de tasa de transferencia de datos con la máxima
calidad de servicio se le asignan elementos de canal adicionales en
la medida en que pueda beneficiarse de éstos. Por tanto, se
posibilita a esta conexión una mayor tasa de transferencia de datos
que la prevista basándose en la tasa de transferencia de datos que
ha de conseguirse.
Por el contrario, si empeoran las condiciones de
radio transmisión para un abonado, entonces se calcula la nueva
cantidad de elementos de canal necesarios basándose en las
condiciones empeoradas de radio transmisión, la cual por regla
general es mayor que la cantidad de elementos de canal asignados
hasta el momento (véase la figura 5). A continuación se comprueba si
en el sistema de radio comunicación quedan libres proporciones de
elementos de canal suficientes para asignar al abonado en cuestión
la cantidad ahora necesaria de elementos de canal. Si éste es el
caso, entonces se lleva a cabo la asignación de los elementos de
canal.
Por el contrario, si no es éste el caso, se
comprueba si existen abonados con una calidad de servicio menor cuyo
número de elementos de canal puede reducirse un factor de manera que
estos abonados puedan liberar elementos de canal. Esta condición se
cumple siempre que al abonado esté asignado el número de elementos
de canal necesarios basándose en la tasa de transferencia de datos
que ha de conseguirse para esta conexión y en las condiciones de
radio transmisión reinantes o un número mayor. Preferiblemente se
define un factor mínimo por debajo del cual no puede reducirse el
número de elementos de canal asignados a un abonado. Si existe un
abonado que pueda liberar elementos de canal, entonces este abonado
de menor calidad de servicio libera elementos de canal que se
asignan al abonado cuyas condiciones de radio transmisión se hayan
empeorado y al que se le ha asignado una mayor calidad de servicio.
Esta forma de proceder da prioridad a los abonados con una mayor
calidad de servicio frente a los abonados con una menor calidad de
servicio.
Si no existe ningún abonado con una calidad de
servicio menor que pueda ceder elementos de canal, entonces puede
comprobarse, por ejemplo, si es posible un cambio de celda a otra
celda para el abonado con las condiciones de radio transmisión
empeoradas o para otro abonado que ocupe en esta celda elementos de
canal existentes. Si tampoco esto es posible, entonces debe
continuarse la conexión con la tasa de transferencia de datos
reducida.
Si se multiplexan, por ejemplo, dos abonados 1 y
2 en un elemento 3 de canal y basándose en las tasas de
transferencia de datos que han de conseguirse y en las condiciones
de radio transmisión reinantes se le asigna al abonado un
coeficiente P_{31}=0,75 y P_{32}=0,25, entonces los bloques de
datos de los abonados 1 y 2 se transmiten de la siguiente manera: en
principio, para el primer abonado 1 es válido P_{31}=0,75 y, para
el segundo abonado 2, P_{32}=0,25. Para los abonado se define en
cada caso un valor proporcional v_{3i} que al comienzo de la
transmisión se ajusta igual al coeficiente p_{3i}, es decir,
v_{31}=P_{31}=0,75 y v_{32}=P_{32}=0,25. Por medio del
elemento 3 de canal se transmite primero el bloque de datos del
abonado al que está asignado el mayor valor v_{3i} proporcional.
Dado que v_{31}=0,75>v_{32}=0,25, se transmite primero un
bloque de datos el primer abonado 1. A continuación se reduce una
unidad el valor proporcional del primer abonado 1 para el cual se ha
transmitido un bloque de datos. Es decir,
v_{31}=0,75-1=-0,25. Además se aumentan los
valores v_{3i} proporcionales para todos los abonados los
coeficientes P_{3i} iniciales. Es decir, v_{31}=-0,25+0,75=0,5,
v_{32}=0,25+0,25=0,5.
A continuación se determina el abonado con el
máximo valor proporcional. Dado que el primer abonado 1 y el segundo
abonado 2 presentan iguales valores proporcionales, se selecciona el
primer abonado 1. Se envía un bloque de datos del primer abonado 1.
A continuación se reduce nuevamente una unidad el valor proporcional
del primer abonado 1: v_{31}=0,5-1=-0,5. Además
los valores proporcionales de todos los abonados se aumenta el
coeficiente P_{3i} inicial. Con ello se obtiene
V_{31}=-0,5+0,75=0,25, v_{32}=0,5+0,25=0,75.
Para la transmisión del siguiente bloque de datos
se determina nuevamente qué abonado presenta el valor v_{3i}
proporcional más alto. Dado que V_{32}=0,75>V_{31}=0,25, se
selecciona el segundo abonado 2. Se transmite un bloque de datos del
abonado 2. A continuación se reduce una unidad el valor V_{32}
proporcional, es decir, V_{32}=0,75-1=-0,25.
Además, se aumentan los factores V_{3i} proporcionales para todos
los abonados los coeficientes p_{3i} iniciales:
V_{31}=0,25+0,75=1, V_{32}=-0,25+0,25=0.
Para transmitir el siguiente bloque de datos se
determina nuevamente qué abonado presenta el valor V_{31}
proporcional más alto. Dado que V_{31}=1>V_{32}=0, se
selecciona el primer abonado 1. Se transmite un bloque de datos del
primer abonado 1. A continuación, se reduce una unidad el valor
V_{31} proporcional del primer abonado 1:
V_{31}=1-1=0. Todos los valores V_{3i}
proporcionales se aumentan el valor P_{3i} proporcional inicial:
V_{31}=0+0,75=0,75, V_{32}=0+0,25=0,25. El procedimiento se
continúa de la forma descrita mientras no se modifiquen los
coeficientes P_{3i}.
En caso de una modificación de los coeficientes
p_{ik}, estos valores se introducen nuevamente y se actualizan los
valores proporcionales válidos momentáneamente con la diferencia
entre los nuevos valores de los coeficientes p_{ik} y los valores
anteriores.
El ejemplo muestra que la capacidad de
transmisión del elemento 3 de canal se distribuye en la relación 3:1
a los abonados 1 y 2, tal como corresponde a la relación P_{31} a
P_{32}. Ya tras la transmisión de cuatro bloques de datos se
consigue con ello la distribución pretendida de la capacidad de
transmisión en los abonados implicados.
A continuación se ilustra un ejemplo de
realización de la invención. Se supone que al comenzar una celda
está totalmente vacía. Por canal están definidas como máximo ocho
ranuras temporales que realizan ocho elementos de canal. En un
elemento de canal deben multiplexarse como máximo cuatro abonados.
Si se reduce el número de elementos de canal asignados a un abonado
por debajo del número que ha de conseguirse basándose en las
condiciones de radio transmisión y en la calidad acordada del
servicio, entonces esta reducción tiene lugar en dos etapas: en una
primera etapa no se supera un primer factor de reducción RF1=0,5 y
en una segunda etapa no se supera un segundo factor de reducción
RF2=0,1.
Debe establecerse una conexión para un primer
abonado 1 que tenga los siguientes requisitos: la conexión se
establece para una estación móvil GPRS que puede emitir o recibir
simultáneamente por cuatro ranuras temporales. El esquema de
codificación inicial es CS-2. La tasa de
transferencia de datos que ha de conseguirse es de 22kbit/s. La
supuesta probabilidad de errores de bloque es del 10%. Con ello se
obtiene para la suma las proporciones p_{i1}
\sum\limits^{N}_{i=1}P_{i1}=\frac{22kbit
\ / \ s}{12kbit \ / \ \ s \cdot(1-0,1)}=
2,037.
Es decir, el número de elementos de canal
necesarios de acuerdo con la tasa de transferencia de datos que ha
de conseguirse y las condiciones de radio transmisión es de 2,037.
El número de elementos de canal disponibles es mayor que este número
necesario. Por tanto, al primer abonado 1 se le asigna el número
máximo de elementos de canal, es decir, cuatro elementos de canal de
forma correspondiente a la capacidad de la estación móvil para poder
emitir o recibir simultáneamente en cuatro ranuras temporales. A
partir de ello se obtiene para la matriz p_{ik}:
p_{i1}=(1 \ 1
\ 0,037+(0,963) \ (1) \ 0 \ 0 \ 0 \
0)
Para el primer abonado 1 se calcula el parámetro
DF_{1} de tasa de transferencia de datos como relación entre la
cantidad asignada de elementos de canal y la cantidad de elementos
de canal que ha de conseguirse: DF_{1}=4/2,037= 1,96.
Se establece una conexión para un segundo abonado
2 que está caracterizado exactamente como el primer abonado 1,
aunque presenta, no obstante, una menor prioridad de calidad de
servicio que el primer abonado 1. Dado que existen suficientes
recursos, se asigna al segundo abonado 2 cuatro elementos de canal.
Con ello se modifica la matriz p_{ik} de la siguiente manera:
Asimismo, para el segundo abonado 2 se calcula el
parámetro DF_{2} de tasa de transferencia de datos. Es válido
DF_{2}=4/2,037=1,96.
Para un tercer abonado 3 debe establecerse una
conexión. El tercer abonado 3 tiene una prioridad de calidad de
servicio que es mayor que la del segundo abonado 2, pero menor que
la del primer abonado 1. Las prioridades de la calidad del servicio
se almacenan en la unidad de control de datos por paquetes en una
lista de prioridades para la celda correspondiente. Otras
propiedades del abonado 3 son: estación móvil GPRS que puede emitir
o recibir en cuatro ranuras temporales, esquema de codificación
inicial CS-1, tasa de transferencia de datos que ha
de conseguirse de 22kbit/s y probabilidad de errores de bloque del
10%. Con ello, se obtiene para el número de elementos de canal
necesario
\sum\limits^{N}_{i=1}P_{i3}=\frac{22kbit
\ / \ s}{8kbit \ / \ s \cdot(1-0,1)}=
3,056.
Es decir, para el abonado 3 se requieren 3,056
elementos de canal. Sin embargo, dado que todos los canales de datos
por paquetes de la celda están ocupados, se procede de la siguiente
manera: para el abonado 2 con la prioridad de calidad del servicio
más baja se reducen los elementos de canal asignados al número que
ha de conseguirse de acuerdo con la calidad del servicio y las
condiciones de radio transmisión, es decir, el parámetro de tasa de
transferencia de datos DF_{2}=1,96 se reduce a DF_{2}=1. Con
ello se obtiene para la matriz p_{ik}
El número de elementos de canal liberados de esta
manera en la celda es de
\sum\limits^{8}_{i=1}q_{ik}=1,963.
Dado que el número para los elementos de canal
necesarios para el abonado 3 es mayor de 1,963, deben liberarse
1,093 elementos de canal adicionales. Para el abonado el parámetro
de tasa de transferencia de datos es DF_{1}=1,96, es decir, mayor
de 1. Por tanto, se reduce 1,093 el número de elementos de canal
asignados al primer abonado 1. Por tanto, se obtiene como suma
p_{i1}=4-1,093=2,907. El parámetro DF_{1} de
tasa de transferencia de datos del primer abonado 1 se calcula
nuevamente para DF_{1}=2,097/2,037=1,427. Por tanto, sigue
asignándosele al abonado 1 un número mayor de elementos de canal del
que se conseguiría de acuerdo con la calidad del servicio y las
condiciones de radio transmisión. Se obtiene la siguiente matriz
p_{ik}:
En el sistema están libres ahora 3,056 elementos
de canal que pueden asignarse a la nueva conexión del tercer abonado
3. Con ello la matriz p_{ik} varía a
Para sistemas que requieren una asignación de
elementos de canal contiguos se forma nuevamente esta matriz
p_{ik} y se llenan los elementos de la matriz de manera que a las
estaciones móviles se asignen en cada caso a elementos de filas
contiguas. En este ejemplo, la primera fila se mantiene sin
variación, los elementos de la segunda fila de la matriz se
desplazan una columna hacia la derecha y el elemento de la matriz
con el valor 0,037 se cambia con el primer 1. En la tercera fila de
la matriz se trasladan los elementos de las columnas 7 y 8 a la
columna 6 (valor 0,963) y 5 (valor 1). En este caso se obtiene la
siguiente matriz p_{ik}:
Dado que el estándar GSM no requiere ningún
elemento de canal relacionado, se describe a continuación el caso
general basándose en elementos de canal no obligatoriamente
relacionados.
Debe establecerse una conexión para un cuarto
abonado 4. Basándose en su calidad de servicio, la prioridad del
cuatro abonado 4 es menor que la del primer abonado 1, pero mayor
que la del tercer abonado 3. El resto de características del nuevo
abonado 4 son: estación móvil GPRS que puede emitir y recibir
simultáneamente en cuatro ranuras temporales, esquema de
codificación inicial CS-4, tasa de transferencia de
datos que ha de conseguirse de 44kbit/s y una probabilidad de
errores de bloque del 10%. Por tanto, para la suma de la p_{i4} se
obtiene
p_{i4}=\sum\limits^{N}_{i=1}P_{i4}=\frac{44kbit
\ / \ s}{20kbit \ / \ s \cdot(1-0,1)}=
2,444.
En el sistema ningún elemento de canal está
libre. Por tanto, la cantidad de elementos de canal asignados para
todos los abonados se adapta de tal manera que para todos los
abonados se cumple: DF=1. Esto significa que el primer abonado 1,
para el cual esta entonces es válido: DF_{1}=1,417, debe liberar
0,870 elementos de canal para obtener el número de 2,037 elementos
de canal que han de conseguirse de acuerdo con la calidad del
servicio y las condiciones de radio transmisión. Con ello se obtiene
para la matriz p_{ik}
El número de elementos de canal libres es ahora
de 0,87. No obstante, para la conexión del abonado 4 se requieren
adicionalmente 2,444-0,870=1,574 elementos de canal.
Por tanto, para el abonado con la menor calidad de servicio, es
decir, el abonado 2, se reduce el número de elementos de canal
asignados de forma correspondiente al factor de reducción RF1 de
0,5. Es decir, el número de elementos de canal asignados se reduce
de 2,037 a 2,037x0,5=1,019 elementos de canal. Con ello se modifica
la matriz p_{ik} de la siguiente manera:
Por tanto, al segundo abonado 2 sólo están
asignados elementos de canal que están realizados a través de la
quinta o sexta ranura temporal.
Los elementos de canal libres en la celda se
encuentran ahora en la sexta y séptima ranuras temporales. En
conjunto están libres 1,888 elementos de canal. Para el
establecimiento de la conexión para el cuarto abonado 4 se requieren
otros 2,444-1,888=0,556 elementos de canal. Por
tanto, ahora se adapta el número de los elementos de canal asignados
para el tercer abonado 3, que tiene una calidad de servicio más alta
que el segundo abonado 2, pero una calidad de servicio más baja que
el cuarto abonado 4. El tercer abonado 3 libera 0,566 elementos de
canal. Esto es posible porque al tercer abonado 3 estaban asignados
3,056 elementos de canal y es posible una reducción de como máximo
del primer factor de reducción RF1=0,5. La reducción máxima posible
es de 3,056x0,5=1,528 y, por tanto, se sitúa claramente por encima
de los 0,556 elementos de canal liberados. Con ello, al tercer
abonado 3 están asignados además 3,056-0,556=2,5
elementos de canal. Esto da como resultado un parámetro de tasa de
transferencia de datos DF_{3}=2,5/3,056=0,818. Por tanto, se
obtiene una matriz p_{ik} de
\vskip1.000000\baselineskip
Ahora el número de elementos de canal libres es
suficiente para establecer la conexión para el cuarto abonado 4. Por
tanto, la matriz p_{ik} se modifica a:
En caso de consultas de conexión adicionales
deben liberarse otros elementos de canal. Si la reducción de los
elementos de canal asignados a un abonado al primer factor RF1 de
reducción no es suficiente, entonces debe reducirse el número de
elementos de canal asignados el segundo factor RF2 de reducción
comenzando por el abonado con la menor calidad de servicio.
Si los elementos de canal libres están
distribuidos por un gran número de ranuras temporales de manera que
los elementos de canal necesarios para una conexión están
distribuidos en más de cuatro elementos de canal, entonces se ha
superado el número máximo de ranuras temporales por las cuales puede
emitir o recibir una estación móvil. En este caso deben
reconfigurarse primero los elementos de canal que están asignados a
una conexión en el sentido de que estén distribuidos por un número
menor de ranuras temporales. De esta manera se distribuyen también
los elementos de canal libres en un número menor de ranuras
temporales. Esto es válido especialmente también para sistemas de
radio transferencia móviles o implementaciones que requieran ranuras
temporales relacionadas.
Si varían las condiciones de radio transmisión,
entonces puede ser necesario un cambio a otro sistema de
codificación, también denominado "adaptación del enlace". Con
ello varía el factor A_{k} del abonado k.
A_{k}=CS\_Thorughput_{k}\cdot(1-block\_error\_prob_{k}).
Con ello está unida además una modificación de
los coeficientes p_{ik} para mantener constante la tasa RT_{k}
de transferencia de datos que ha de conseguirse.
RT_{k}=A_{k}\cdot\sum\limits^{N}_{i=1}P_{ik}
Si varía el esquema de codificación del primer
abonado 1 de CS-2 a CS-3, entonces
disminuye el número de elementos de canal necesarios dado que el
esquema de codificación más alto posibilita una mayor tasa de
transferencia de datos:
\sum\limits^{N}_{i=1}P_{i1}=\frac{22kbit
\ / \ s}{14,4kbit \ / \ s \cdot(1-0,1)}=
1,698
Esto significa que el primer abonado 1 puede
liberar 0,339 elementos de canal dado que en adelante sólo se
requieren 1,698 elementos de canal, en comparación con los 2,037
elementos de canal anteriores.
Dado que no existe ninguna conexión para la cual
el factor DF de la tasa de transferencia de datos sea menor de 0,1,
y dado que no existe ninguna consulta de conexión en espera, se
comprueba a continuación qué conexiones presentan un factor DF de
tasa de transferencia de datos menor de 1. Éste es el caso para el
segundo abonado 2 y el tercer abonado 3. Dado que el tercer abonado
3 tiene una prioridad de calidad de servicio más alta que el segundo
abonado 2, los elementos de canal libres disponibles se asignan al
tercer abonado 3. Con ello se modifican los coeficientes p_{21} de
1 a 0,698, p_{31}, de 0,037 a 0, p_{23}, de 0 a 0,302 y
p_{33}, de 0 a 0,037. Dado que en este caso el número de ranuras
temporales que se asocian a la estación 3 móvil superan el valor 4
máximo, debe realizarse una reconfiguración parcial, es decir,
p_{33} se reduce 0,037 dando 0, y p_{34} aumenta dicho valor. El
elemento de matriz se modifica con ello de p_{34}=0,963 a 1. La
reducción realizada de 0,037 de los p_{i3} elementos para la
conexión 3 se compensa mediante un aumento de este valor del
elemento p_{73} de la matriz. Por tanto, p_{73} varía de 0,5 a
0,573 y p_{74} se reduce 0,037 desde el valor 0,5 y adquiere ahora
un valor de 0,463. Con ello, a una estación móvil se le asignan como
máximo cuatro ranuras temporales. Por tanto, la matriz p_{ik}
indica con ello
Si mediante la modificación del esquema de
codificación del primer abonado 1 se libera un mayor número de
elementos de canal del que es necesario para aumentar el factor
DF_{3} de tasa de transferencia de datos del tercer abonado 3 de
0,818 a 1, entonces los demás elementos de canal serían asignados al
segundo abonado 2.
Por el contrario, si empeoran las condiciones de
radio transmisión para el primer abonado 1 de manera que para éste
debe realizarse una adaptación del enlace del esquema de
codificación CS-2 al esquema de codificación
CS-1, entonces el primer abonado 1 requiere un mayor
número de elementos de canal dado que la tasa de transferencia de
datos en el esquema de codificación más robusto es menor. Se
cumple
\sum\limits^{N}_{i=1}P_{i1}=\frac{22kbit
\ / \ s}{8kbit \ / \ s \cdot(1-0,1)}=
3,056.
Esto significa que el primer abonado 1 requiere
1,019 elementos de canal más que al emplear el esquema
CS-2 de codificación. Por tanto, deben liberarse
1,019 elementos de canal, la diferencia entre 2,037 elementos de
canal en CS-2 y 3,056 elementos de canal en
Cs-1. Con ello se reduce el número de elementos de
canal asignados del abonado con la prioridad de calidad de servicio
más baja. En este ejemplo, es el segundo abonado 2, que presenta
actualmente un parámetro DF_{2}=0,5 de tasa de transferencia de
datos. El abonado con la siguiente prioridad de calidad de servicio
más alta es el tercer abonado 3, para el cual es válido actualmente
un parámetro de tasa de transferencia de datos DF_{3}=0,818, sin
tener en cuenta la modificación mediante la adaptación al enlace,
expuesta en el ejemplo anterior, para un esquema de codificación
menos robusto. El número de elementos de canal asignados al abonado
3 se reduce, de manera que el parámetro DF_{3} de tasa de
transferencia de datos adquiere el valor 0,5. Con ello se liberan
0,972 elementos de canal que pueden asignarse al primer abonado 1.
Para el primer abonado 1 faltan aún 0,047 elementos de canal que
deben liberarse por el abonado con la siguiente prioridad más alta,
en la medida en que este abonado pueda ceder elementos de canal.
Si finaliza una conexión, entonces se liberan los
elementos de canal asignados. Si, por ejemplo, finaliza la conexión
del cuarto abonado 4, entonces se modifica la matriz p_{ik} según
el ejemplo anterior de
a
En este caso se libera un elemento de canal en la
tercera ranura temporal, 0,981 elementos de canal en la sexta ranura
temporal y 0,463 elementos de canal en la séptima ranura temporal.
En total se liberan con ello 2,444 elementos de canal. Dado que no
debe establecerse ninguna nueva conexión, los elementos de canal
liberados pueden asignarse a conexiones que tienen un parámetro DF
de tasa de transferencia de datos menor de 1. Este es el caso para
el segundo abonado 2 y el tercer abonado 3. Dado que el tercer
abonado 3 tiene la prioridad de calidad de servicio más alta, los
elementos de canal libres se asignan primero al tercer abonado 3. El
tercer abonado 3 obtiene 0,217 elementos de canal para conseguir un
parámetro DF_{3} de tasa de transferencia de datos de 1. Los
elementos de canal libres se encuentran en la tercera, sexta y
séptima ranura temporal, de modo que en la sexta ranura temporal
está libre una proporción de 0,981, y en la séptima ranura temporal,
una proporción de 0,463; y en la tercera ranura temporal está libre
una proporción de 1. Se comprueba en qué ranuras temporales del
tercer abonado 3 ya se han asignado proporciones y se intenta
asignar las nuevas proporciones asignadas a estas ranuras temporales
para evitar la distribución en demasiadas ranuras temporales.
Además, se intenta multiplexar en una ranura temporal tan pocos
abonados como sea posible. Dado que el tercer abonado 3 ocupa
proporciones en la segunda, la cuarta, la séptima y la octava ranura
temporal, y en la séptima ranura temporal se dispone de suficientes
elementos de canal libres, se asignan los 0,217 elementos de canal
adicionales a la séptima ranura temporal. Se obtiene la siguiente
matriz p_{ik}
El tercer abonado 3 obtiene ahora 0,302
proporciones en la ranura temporal 2, una proporción en la ranura
temporal 4, 0,754 proporciones en la ranura temporal 7 y una
proporción en la ranura temporal 8, lo que al sumarlos da lugar a
3,056 elementos de canal. Quedan 2,227 elementos de canal para otros
abonados. El segundo abonado 2 presenta un parámetro DF_{2} de
tasa de transferencia de datos de 0,5 y ocupa actualmente 1,019
elementos de canal. Mediante la asignación de 1,019 elementos de
canal el segundo abonado 2 consigue el parámetro DF_{2}=1 de tasa
de transferencia de datos. Dado que el segundo abonado 2 ocupa
proporciones en la quinta y sexta ranura temporal, el segundo
abonado 2 obtiene adicionalmente proporciones en la sexta ranura
temporal y en la séptima ranura temporal. Se obtiene la matriz
p_{ik} para
Ahora pueden utilizarse elementos de canal libres
adicionales o partes de ellos para asignar conexiones de mayores
tasas de transferencia de datos que las dadas por DF=1.
Se aumenta el volumen de tráfico para las
conexiones de alta calidad de servicio, tal como se cumple, por
ejemplo, también para las conexiones de voz, entonces puede
reducirse el número de elementos de canal que está asignado a
conexiones de datos por paquetes. A la inversa, pueden utilizarse
elementos de canal que son liberados por conexiones de voz
provisionalmente para conexiones de datos en paquetes.
Debido a las modificaciones de las condiciones de
radio transmisión pueden variar las probabilidades de errores de
bloque. En el caso de cambios grandes, esto está asociado
generalmente con una adaptación del enlace, es decir, un cambio del
esquema de codificación. En caso de oscilaciones suaves en la
probabilidad de errores de bloque, en ciertas circunstancias no es
necesario un cambio del esquema de codificación, sin embargo, varía
el número de elementos de canal necesarios y se calcula nuevamente
si la variación supera un valor umbral predeterminado.
En caso de un alto volumen de tráfico se reduce
el número de elementos de canal que están asignados a conexiones con
una menor calidad de servicio para tratar de forma preferida las
conexiones de mayor calidad de servicio. La situación del tráfico
puede aflojarse adicionalmente mediante "hand over" (traspaso),
mediante la asignación de una conexión a otra celda o mediante la
asignación de canales de voz de canales de tasa de transferencia
total (full rate) a canales de una tasa de transferencia media (half
rate). En este caso siempre deberían tenerse en cuenta las
características de las estaciones móviles empleadas.
Dentro del alcance de la invención se encuentra
el decidir de forma controlada por medio de valores umbral a partir
de qué desviación del valor real respecto del valor teórico debe
realizarse una reconfiguración de las ranuras temporales. Un ejemplo
de una reconfiguración de las ranuras temporales es el
desplazamiento una columna de los elementos de la matriz. Dado que,
en función de la tecnología, una reconfiguración de las ranuras
temporales puede conducir a una reducción a corto plazo de la tasa
de transferencia media, se definen valores umbral que, en función de
los requisitos de calidad del servicio, provocan una variación de la
matriz p_{ik} o, no obstante, toleran una cierta falta de
cumplimiento de la tasa de transferencia de datos pretendida.
Claims (16)
1. Procedimiento para la transferencia de datos
en un sistema de radio comunicación,
a) en el que a cada uno de los abonados está
asignada una calidad de servicio,
b) en el que para establecer una nueva conexión
por medio de la cual debe prestarse un servicio, se determina para
un abonado, en función de la calidad de servicio asignada al abonado
y de las condiciones de radio transmisión, un número de elementos de
canal necesarios para la transmisión de datos por medio de una
interfaz del sistema de radio comunicación,
c) en el que, en caso de que se disponga del
número necesario de elementos de canal, se asignan a la conexión los
elementos de canal y se establece la conexión,
d) en el que, en caso de que no se disponga del
número necesario de elementos de canal y se proporcione como mínimo
una conexión de un abonado con una calidad de servicio menor que la
que está asociada al abonado de la nueva conexión, se reduce en esta
conexión existente el número de elementos de canal asignados y se
liberan los elementos de canal sobrantes, de modo que el número de
elementos de canal asignados a esta conexión no supere un valor
predeterminado,
e) en el que, en caso de que el número de
elementos de canal liberados corresponda al menos al número
necesario, se establece la conexión,
caracterizado
porque
la reducción del número de elementos de canal
asignados tiene lugar en dos etapas, de modo que en una primera
etapa se reduce un primer factor el número de elementos de canal
asignados de forma sucesiva en todas las conexiones de abonados cuya
calidad de servicio es menor que la del abonado de la nueva
conexión, y en una segunda etapa se reduce un segundo factor, de
modo que el primer factor y el segundo factor dependen del servicio
corres-
pondiente.
pondiente.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque un elemento de canal está realizado
mediante una ranura temporal en una portadora.
3. Procedimiento según la reivindicación 2,
caracterizado porque los elementos de canal asignados a una
conexión están distribuidos en al menos dos portadoras.
4. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque en caso de que
al establecer la nueva conexión en el sistema de radio comunicación
se disponga de un número mayor de elementos de canal del que es
necesario para el establecimiento de la nueva conexión, se asignan a
la nueva conexión elementos de canal adicionales.
5. Procedimiento según la reivindicación 4,
caracterizado porque,
- en caso de que no se disponga del número
necesario de elementos de canal para establecer la nueva conexión y
como mínimo a una conexión existente esté asignado un número mayor
de elementos de canal del que es necesario de acuerdo con la calidad
de servicio asociada y las condiciones de radio transmisión, primero
se reduce el número de elementos de canal que están asignados a esta
conexión existente al número necesario y se liberan los elementos de
canal adicionales,
- en caso de que el número de los elementos de
canal liberados corresponda como mínimo al número necesario, se
establece la conexión.
6. Procedimiento según la reivindicación 4 ó 5,
caracterizado porque en el sistema de radio transmisión para
cada abonado se almacena un parámetro de transferencia de datos que
depende del número de elementos de canal asignados actualmente y del
número necesario de elementos de canal basándose en la calidad de
servicio asociada y en las condiciones de radio transmisión.
7. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque los elementos de
canal asignados a un abonado se distribuyen en un número mayor de
elementos de canal del que corresponde al número asignado de
elementos de canal.
8. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque,
- al finalizar una conexión se liberan los
elementos de canal asignados a la conexión finalizada,
- los elementos de canal liberados se asignan a
conexiones a las que está asignado un número menor de elementos de
canal del número necesario de elementos de canal de acuerdo con la
calidad de servicio asociada y las condiciones de radio
transmisión.
9. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque
- al finalizar una conexión se liberan los
elementos de canal asignados a la conexión finalizada,
- en caso de que a todas las conexiones
existentes esté asignado como mínimo el número de elementos de canal
necesario de acuerdo con la calidad de servicio asociada y las
condiciones de radio transmisión, como mínimo una parte de los
elementos de canal liberados se asigna a una conexión existente.
10. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque
- en caso de una variación de las condiciones de
radio transmisión para una conexión se determina nuevamente el
número necesario de elementos de canal de acuerdo con la calidad de
servicio asociada y las condiciones de radio transmisión
modificadas,
- en caso de que el número de elementos de canal
asignados sea mayor que el número de elementos de canal necesarios
determinado nuevamente, se liberan los elementos de canal
excedentes,
- en caso de que el número de elementos de canal
asignados sea menor que el número de elementos de canal necesarios
determinado nuevamente, para como mínimo una conexión de un abonado
con una calidad de servicio menor que la que está asociada al
abonado de la conexión con las condiciones de radio transmisión
modificadas, se reduce el número de elementos de canal asignados por
debajo del número necesario de acuerdo con la calidad de servicio
asociada y las condiciones de radio transmisión de tal modo que no
quede por debajo de un valor predeterminado, y los elementos de
canal sobrantes se liberan y los elementos de canal liberados de la
conexión se asocian con las condiciones de radio transmisión
modificadas.
11. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque los servicios
brindados por las conexiones individuales se ordenan en una lista y
en caso de condiciones de radio transmisión variables los elementos
de canal de conexiones con servicios de menor prioridad se desplazan
a conexiones con servicios de mayor prioridad, de modo que primero
se accede a la conexión con el servicio de prioridad más baja para
facilitar elementos de canal para conexiones con servicios de
prioridad más alta y, de modo que los elementos de canal liberados
durante la asignación se ofrecen primero a conexiones con servicio
de prioridad alta.
12. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque el valor
predeterminado que no se supera en la reducción del número de
elementos de canal asignados a una conexión se determina mediante la
multiplicación con un factor a partir del número de elementos de
canal necesario de acuerdo con la calidad de servicio asociada y las
condiciones de radio transmisión modificadas.
13. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque para controlar
la asignación de elementos de canal se utiliza una matriz cuyas
columnas están asociadas a los elementos de canal de un canal y
cuyas filas están asociadas a las conexiones, de modo que los
elementos de la matriz indican en cada caso la parte del elemento de
canal correspondiente que está asignada a la conexión
correspondiente.
14. Procedimiento según la reivindicación 13,
caracterizado porque las columnas de la matriz se utilizan
como vector de las columnas para controlar la transmisión de datos
en el elemento de canal correspondiente.
15. Procedimiento según la reivindicación 13 ó
14, caracterizado porque
- al abonado se asigna en cada caso una parte
v_{i}, i=1...n de un elemento j de canal,
- para la transmisión de datos el elemento j de
canal se asocia en cada caso al abonado k al que está asignada la
máxima proporción v_{k}, de manera que para todos los abonados se
cumple i\neqk v_{k}>v_{i},
- la proporción v_{k} se reduce una unidad y a
las proporciones v_{i} de todos los abonados se añade en cada caso
el valor inicial de la parte v_{i}.
16. Procedimiento según la reivindicación 1 a 15,
caracterizado porque,
- el número de elementos de canal necesarios
según la tasa de transferencia de datos que ha de conseguirse para
servicios con requisitos de tiempo real se calcula a partir de una
tasa de transferencia de datos garantizada para el servicio y una
tasa de transferencia media de un esquema de codificación utilizado,
así como tasas de errores de bloque o probabilidades de errores de
bloque,
- el número requerido de elementos de canal para
servicios sin requisitos de tiempo real se calcula basándose en una
tasa de transferencia de datos prevista por la red, una tasa de
transferencia media de un esquema de codificación empleado y una
tasa de errores de bloque, o probabilidad de errores de bloque, de
modo que la tasa de transferencia de datos prevista por la red se
determina como proporción de una tasa de transferencia media máxima
posible, o se selecciona mediante ajustes previos y los requisitos
determinados de calidad de servicio,
- el número requerido de elementos de canal se
calcula de forma alternativa también de acuerdo con un tiempo máximo
de transmisión / retardo o de acuerdo con una determinada
fiabilidad.
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