ES2262710T3

ES2262710T3 - Metodo para la planificacion del desarrollo de paquetes y la asignacion de recursos de radio en un sistema de comunicaciones inalambricas.

Info

Publication number: ES2262710T3
Application number: ES02000449T
Authority: ES
Inventors: Vijay G. Subramanian; Rajeev Agarwal; Richard J. La
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 2001-01-12
Filing date: 2002-01-08
Publication date: 2006-12-01
Anticipated expiration: 2022-01-08
Also published as: DE60211230T2; US6987738B2; DE60211230D1; EP1227626B1; EP1227626A3; US20020147022A1; EP1227626A2; ATE326104T1

Abstract

Método de planificación de la transmisión de paquetes en un sistema de comunicaciones que comprende una pluralidad de células, cada célula con una estación (104) base y una pluralidad de estaciones (108, 110, 112) móviles, comprendiendo el método: a) determinar un nivel de potencia nominal para todas las estaciones base del sistema (210); b) determinar una tasa media efectiva de transferencia de datos para todas las estaciones móviles del sistema (206); c) utilizar el nivel de potencia de transmisión y la tasa media efectiva de transferencia de datos para determinar una planificación provisional de la transmisión para cada una de la pluralidad de estaciones móviles del sistema (214); y caracterizándose el método por una etapa d) adicional que comprende: d-i) determinar un valor de potencia real para cada una de la pluralidad de estaciones móviles en una célula (502); d-ii) determinar una tasa efectiva real de transferencia de datos para cada una de la pluralidad de estaciones móviles en lacélula (506); d-iii) actualizar la tasa media efectiva de transferencia de datos para cada estación móvil de la pluralidad de estaciones móviles en la célula (508); d-iv) determinar un valor de crédito actual para cada una de la pluralidad de estaciones móviles en la célula (510) empleando la tasa efectiva real de transferencia de datos, la tasa media efectiva de transferencia de datos y una calidad de servicio de cada estación móvil en la célula; d-v) determinar qué estación móvil de la pluralidad de estaciones móviles tiene una cantidad menor de bytes normalizados transmitidos (512); calculándose los bytes normalizados transmitidos como una función del actual valor de créditos para cada una de la pluralidad de estaciones móviles en la célula; y d-vi) planificar la estación móvil con la cantidad menor de bytes normalizados para la transmisión.

Description

Método para la planificación del desarrollo de paquetes y la asignación de recursos de radio en un sistema de comunicaciones inalámbricas.

Campo de la invención

La presente invención se refiere en general a sistemas de comunicaciones y, en particular, a la planificación del desarrollo de paquetes y la asignación de recursos de radio en un sistema de comunicaciones inalámbricas.

Antecedentes de la invención

La asignación eficaz de recursos de radio es importante en el diseño de sistemas de comunicaciones inalámbricas. A medida que aumenta el número de fuentes multimedia que se canalizan a través de sistemas inalámbricos las demandas impuestas al nodo de acceso inalámbrico suponen un desafío cada vez mayor. Actualmente, se definen cuatro clases de tráfico para el servicio por paquetes: conversacional (por ejemplo, telefonía de voz), de flujo (por ejemplo, radiodifusión a través de Internet), interactivo (por ejemplo, navegación web) y de fondo (por ejemplo, correo electrónico). Se requiere que los sistemas inalámbricos mantengan unos rigurosos requisitos de calidad de servicio (QoS, Quality of Service) (por ejemplo, rendimiento, retardo, pérdida de señal) a pesar del hecho de que los canales inalámbricos varían en el tiempo y tienen recursos limitados en comparación con los canales por cable. En los sistemas inalámbricos, la planificación al nivel de paquetes y la asignación de recursos de radio puede presentar problemas a la hora de cumplir con los requisitos de calidad de servicio para todos los usuarios (móviles) del sistema. Los elementos de planificación por cable convencionales, tales como "first-come, first-serve" (FCFS, primero en llegar, primero en atenderse), colas con prioridad o "weighted-fair-queuing" (WFQ, colas de paso justo ponderado), no son conscientes de las condiciones de radio (por ejemplo, valores de ganancia de los canales) y, de esta manera, toman decisiones de planificación sin tener en cuenta las condiciones de radio. Por ejemplo, si el móvil A está transmitiendo en un canal fuerte y el móvil B está transmitiendo en una canal más débil, los elementos de planificación por cable convencionales no tendrían en cuenta esta información. En cambio, si se asigna una prioridad a las transmisiones basándose en las condiciones del canal, es posible mejorar el rendimiento del sistema. De esta manera, utilizar un elemento de planificación con conocimiento de las condiciones de radio produce un sistema más eficaz.

La eficacia no es lo único importante en un sistema comercial. El sistema también debe estar diseñado para garantizar que los recursos se arbitren justamente entre los distintos móviles de manera que cada uno de los usuarios pueda satisfacer sus propios requisitos de calidad de servicio. Se han propuesto algunos elementos de planificación que están al corriente de las condiciones del canal e intentan maximizar la eficacia al tiempo que mantienen cierto grado de justicia en la arbitración de los recursos. Sin embargo, ninguna de las propuestas proporciona un medio para modificar el énfasis relativo entre la eficacia del sistema y la justicia en la asignación según se presenta la necesidad.

El artículo de X LU Y ET AL: "Unified power control, error correction coding and scheduling for a CDMA downlink system" WRELESS NETWORKS, ACM, EE.UU., vol. 3, núm. 1, 1 de marzo de 1997, páginas 83 - 90, XP000688203 ISSN: 1022-0038, considera los recursos de ancho de banda fijo disponible para cada usuario y el presupuesto de potencia de transmisión para cada célula en relación con la transmisión de datos multimedia en un canal AMDC (acceso múltiple por división de código).

Por tanto, existe la necesidad de un medio sistemático y flexible para hacer frente a los diferentes equilibrios entre eficacia del sistema y justicia de la asignación.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 es un diagrama de bloques de un sistema de comunicaciones que puede implementar la realización preferida de la presente invención.

La figura 2 es un diagrama de flujo de las tareas llevadas a cabo en la realización preferida de la fase del proyecto de planificación del método de la presente invención.

La figura 3 es una representación gráfica de curvas utilizadas por un algoritmo de adaptación de enlace que puede utilizarse en la realización preferida del algoritmo de planificación de la presente invención.

La figura 4 es un diagrama de flujo de las tareas llevadas a cabo en una primera realización de la fase de planificación real del método de la presente invención.

La figura 5 es un diagrama de flujo de las tareas llevadas a cabo en una realización alternativa de la fase de planificación real del método de la presente invención.

Sumario de la realización preferida

La presente invención proporciona un método de planificación de la transmisión de paquetes según la reivindicación 1.

Descripción de la realización preferida

La realización preferida de la presente invención lleva a cabo la planificación de las transmisiones al nivel de paquetes a tiempo que considera la asignación de recursos de radio en el nodo de acceso inalámbrico. La invención ofrece beneficios respecto a un esquema de planificación que se realiza de forma independiente de la asignación de recursos de radio. En la presente memoria, el término "planificación" incluye determinar asignaciones de nivel de potencia, asignaciones de tasa de transferencia de datos y asignaciones temporales de recursos. El elemento de planificación de la presente invención lleva a cabo tareas al nivel de los paquetes suponiendo que ya se han tomado las decisiones de control de admisión al nivel de llamada. La forma en que se determinan las asignaciones de tasas de transferencia de datos se determina en función del tipo de sistema que se emplea. En un sistema AMDT (acceso múltiple por división en el tiempo), la asignación de la tasa de transferencia de datos se determina adaptando el esquema de modulación y codificación (MCS, Modulation and Coding Scheme) y/o accediendo a múltiples ranuras temporales o portadores. En un sistema AMDC, por otra parte, la asignación de la tasa de transferencia de datos puede determinarse de varias formas. Por ejemplo, la asignación puede determinarse adaptando las ganancias de procesado o factores de ensanchamiento (SF, Spreading Factor), adaptando el esquema MCS, adaptando múltiples asignaciones de código de ensanchamiento o una combinación de las tres. La presente invención utiliza la información de las condiciones de radio en dos escalas temporales de resolución diferentes. En una escala temporal lenta, en la fase del proyecto de planificación se realizan asignaciones basándose en las condiciones medias de radio de todos los móviles del sistema. En una escala temporal más rápida, en la fase de planificación real se realizan asignaciones por célula, basándose en la condición actual de radio de cada uno de los móviles en la célula. La frecuencia con la que se actualizan las condiciones de radio actuales depende de la velocidad con que se generan informes de retroalimentación en el sistema. Si se desea un informe para las condiciones del canal descendente, el elemento de planificación, si está situado en la estación base, envía un mensaje de consulta a las estaciones móviles del sistema. Las condiciones del canal ascendente pueden medirse en la estación base. Si el elemento de planificación está situado en el controlador de red de radio (RNC, Radio Network Controller), el elemento de planificación envía un mensaje de consulta a las estaciones móviles acerca de las condiciones del canal descendente y envía un mensaje de consulta a la estación base acerca de las condiciones del canal ascendente. El algoritmo de planificación incluye un parámetro que representa la frecuencia con la que se desean los informes.

Haciendo referencia a la figura 1, se muestra un diagrama de un sistema de comunicaciones según la realización preferida de la presente invención. En la realización preferida, el sistema 100 de comunicaciones incluye un controlador 102 RNC acoplado a una primera célula "a" de comunicación que incluye una primera estación 104_{a} base (BTS). La estación 104_{a} BTS está acoplada al controlador 102 RNC a través de una conexión 106_{a} por cable. Una pluralidad de estaciones 108_{a}, 110_{a}, 112_{a} móviles (MS) está acoplada a la primera estación 104_{a} BTS. Para mayor sencillez de la explicación se muestran tres estaciones MS. Debería reconocerse que la invención puede implementarse empleando más de tres estaciones MS acopladas a la estación BTS_{a}. Las estaciones 108_{a}, 110_{a}, 112_{a} MS están acopladas a la estación 104_{a} BTS a través de conexiones 114_{a}, 116_{a}, 118_{a} inalámbricas. El controlador 102 RNC también está acoplado a una segunda célula "b" de comunicación que incluye una segunda estación 104_{b} base (BTS). La estación 104_{b} BTS está acoplada al controlador 102 RNC mediante una conexión 106_{b} por cable. Una pluralidad de estaciones 108_{b}, 110_{b}, 112_{b} MS está acoplada a la segunda estación 104_{b} BTS. Para mayor sencillez de la explicación se muestran tres estaciones MS. Ha de reconocerse que la invención puede implementarse empleando más de tres estaciones MS acopladas a las estaciones BTS_{b}. En realizaciones alternativas, el controlador 102 RNC puede estar acoplado a una pluralidad de células "N" de comunicación, tal como se ha descrito anteriormente. Para mayor sencillez de la explicación, la invención se describirá en relación con el controlador 102 RNC acoplado a una primera célula "a" de comunicación y una segunda célula "b" de comunicación. Una estación BTS y una estación MS que pueden utilizarse con la presente invención están disponibles en Motorola, Inc. de Arlington Heights, Illinois. Un controlador RNC que puede utilizarse con la presente invención puede adquirirse de varias fuentes, tales como Alcatel de Francia y Nortel de Dallas,
Texas.

En un sistema 100 de comunicaciones inalámbricas, se transmite tráfico entre una estación BTS y una estación MS en forma de tramas/paquetes. Dado que los recursos del sistema deben compartirse entre muchas fuentes, las tramas/paquetes que van a transmitirse por una estación MS se almacenan en una cola hasta que se planifique la transmisión del paquete/trama. En la estación 104_{a} BTS o en el controlador 102 RNC se mantiene una cola independiente para cada comunicación con los receptores de las estaciones 108_{a}, 110_{a}, 112_{a} MS. De forma similar, en la estación BTS_{b} o en el controlador 102 RNC se mantiene una cola independiente para cada comunicación con los receptores de las estaciones 108_{b}, 110_{b}, 112_{b} MS. Existen colas similares en cada una de las estaciones MS para cada una de las comunicaciones en las que son los agentes de inicialización. En el esquema de planificación mejorado de la presente invención, el primer paso para determinar la asignación adecuada es determinar un nivel de potencia nominal de canal y una tasa de transferencia de datos media efectiva (por ejemplo, empleando el esquema MCS y la ganancia de ensanchamiento) para las estaciones 108_{a, \ b}, 110_{a, \ b}, 112_{a, \ b} MS del sistema. El primer paso también incluye determinar la fracción de tiempo, \rho, que transmitirá cada estación 108_{a, \ b}, 110_{a, \ b}, 112_{a, \ b} MS durante una ventana, W. Esta etapa del esquema de planificación se denomina el "proyecto de planificación".

En una realización preferida, la ventana W tiene una longitud de aproximadamente 100 tramas. La naturaleza variable en el tiempo de los canales inalámbricos se debe en parte a las fluctuaciones en las ganancias de canal. Las ganancias de canal consisten en pérdidas de ruta basadas en la distancia, atenuación de sombra y atenuación multi-trayectoria. La elección de la ventana temporal de decisión separa los móviles 108_{a, \ b}, 110_{a, \ b}, 112_{a, \ b} en aproximadamente tres clases: (1) la clase rápida, en la que sólo se fija la pérdida de trayectoria basada en la distancia; (2) la clase media, en la que se fijan los términos de la pérdida de trayectoria basada en la distancia y la atenuación de sombra; y (3) la clase lenta (estática) en la que se fijan los tres términos.

Durante la fase del proyecto de planificación se usan condiciones de radio medias (promediadas en la ventana W temporal de decisión para cada móvil 108_{a, \ b}, 110_{a, \ b}, 112_{a, \ b}) para calcular una asignación de transmisión entre los móviles 108_{a, \ b}, 110_{a, \ b}, 112_{a, \ b} activos actualmente para maximizar la utilidad de la red entre un conjunto fijo de estaciones base. Entonces, las asignaciones de transmisión se sintonizan finamente durante una ven-
tana temporal subsiguiente en la fase real del proyecto de planificación descrita posteriormente en la presente
memoria.

En la realización preferida, el proyecto de planificación se implementa en el controlador 102 RNC. En realizaciones alternativas, el proyecto de planificación puede implementarse en la estación 104_{a, \ b} BTS. Las asignaciones de transmisión determinadas en el proyecto de planificación se ponderan para compartir el tiempo según el modo de colas de paso justo ponderado, es decir, el porcentaje de tiempo que un móvil 108_{a, \ b}, 110_{a, \ b}, 112_{a, \ b} determinado ocupa recursos de transmisión. El porcentaje de tiempo se designa por la cantidad \rho (véase la tabla a continuación). Esta cantidad ayuda a establecer cierta garantía de justicia dado que garantiza que cada móvil pendiente utiliza los recursos de transmisión durante una cantidad determinada de tiempo en la ventana temporal de decisión. En un enfoque de colas de paso justo ponderado, los recursos se arbitran de forma justa entre los distintos móviles, de manera que cada móvil puede cumplir sus requisitos de calidad de servicio. La fase del proyecto de planificación determina niveles de potencia nominal y valores \rho de tal manera que se maximiza la suma de la utilidad total de todos los móviles 108_{a, \ b}, 110_{a, \ b}, 112_{a, \ b}. La fórmula matemática descrita en la presente memoria es para transmisiones descendentes. Sin embargo, debería reconocerse que la invención también puede utilizarse para transmisiones ascendentes. Los niveles de potencia nominal pueden interpretarse como el máximo nivel de potencia permitido o el nivel de potencia medio permitido en cada estación base en el sentido descendente y en cada móvil en el sentido
ascendente.

En la siguiente tabla se exponen los parámetros utilizados en los cálculos matemáticos para el proyecto de planificación.

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Parámetro	Descripción
b	Indica estaciones base específicas
W	Ventana del proyecto de planificación en tramas
M_{b}	Número de tramas asignadas a fuentes de tráfico en la estación b base
U_{j}(\cdot)	Función de utilidad para el usuario j
G^{d}	\begin{minipage}[t]{130mm} Matriz de ganancias de canal con elementos G_{bj} que son ganancias desde el canal de la estación b BTS a la estación j MS en el sentido descendente\end{minipage}
G^{u}	\begin{minipage}[t]{130mm} Matriz de ganancias de canal con elementos G_{jb} que son ganancias de canal desde la estación j MS a la estación b BTS en el sentido ascendente\end{minipage}
T	Matriz de ganancias con elementos T_{ab} que son ganancias entre las estaciones a y b base
\sigma^{2}	Varianza del ruido del receptor más interferencia no contabilizada
\hat{R}_{j}	\begin{minipage}[t]{130mm} Tasa efectiva de transferencia de datos para el usuario j dada por el algoritmo de tasa de transferencia de datos o de adaptación del enlace y el cálculo de la tasa de errores de trama\end{minipage}
\hat{R}_{j, \ med}	Tasa media efectiva de transferencia de datos para el usuario j
P^{nom}_{b}	Nivel de potencia de transmisión nominal para la estación b base
C_{j}	Número de créditos para cada conexión basados en el canal y la clase
\upbar{W}_{j}	\begin{minipage}[t]{130mm} Cantidad de bytes normalizados transmitidos por cada conexión durante la ventana de planificación.\end{minipage}
w_{j}	Peso para la clase de conexión (determinado por la clase de calidad de servicio)

(Continuación)

Parámetro	Descripción
\beta	\begin{minipage}[t]{130mm} Parámetro de control que puede sintonizarse, utilizado para determinar la asignación real de la capacidad de ancho de banda disponible\end{minipage}
\gamma	\begin{minipage}[t]{130mm} Parámetro de control que puede sintonizarse, utilizado para determinar la asignación real de la capacidad de ancho de banda disponible\end{minipage}
\rho_{j}	Fracción de tiempo en el que los recursos de transmisión están ocupados por el usuario j.

Haciendo referencia a la figura 2, se muestra un diagrama de flujo de las tareas llevadas a cabo en la fase del proyecto de planificación de la presente invención. En el bloque 202, se proporciona un valor inicial a la potencia transmitida por cada estación BTS en el sistema. Un valor inicial utilizado para la potencia transmitida por cada estación BTS podría ser el valor máximo permitido por el sistema. En el bloque 204, los valores de potencia inicial junto con la ganancia G_{bj} de canal, la ganancia T_{ab} de canal de interferencia y la potencia de ruido del receptor más la interferencia \sigma^{2} no contabilizada se utilizan para aproximar la razón señal a interferencia más ruido (SINR) para cada estación j móvil. Las cantidades G_{bj}, T_{ab}, y \sigma^{2} se obtienen consultando los transceptores en cada estación MS y en cada estación BTS acerca de un informe de mediciones. Al calcular la razón SINR para cada estación j móvil, P^{nom} designará el vector de potencias nominales en todas las estaciones base del sistema. Por ejemplo, P_{b}^{nom} indica la potencia nominal utilizada en la estación b base. G_{bj} designa la ganancia de energía desde la estación b base a la estación j móvil. T_{ab} designará la ganancia de energía desde la estación a base a la estación b base. Entonces, puede aproximarse la razón SINR en la estación j móvil mediante

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En una realización alternativa, pueden utilizarse fórmulas más precisas para la razón SINR, conocidas a partir de la bibliografía relacionada conocida. Por ejemplo, en el enlace descendente, T_{ab} puede reemplazarse por G_{aj}, la ganancia de energía desde la estación a base a la estación j base. En otra realización alternativa, la razón SINR puede obtenerse directamente de los informes de medición. El enfoque de medición directa es más útil cuando no se ha modificado el nivel de potencia nominal transmitida.

En el bloque 206, se utiliza la razón SINR_{j} para determinar el esquema de modulación y codificación y/o el factor de ensanchamiento (SF) que va a utilizar cada estación 108_{a, \ b}, 110_{a, \ b}, 112_{a, \ b}. MS del sistema. La razón SINR_{j} se utiliza entonces para determinar la tasa \hat{R}_{j, \ med} media de transferencia de datos efectiva de cada estación 108_{a, \ b}, 110_{a, \ b}, 112_{a, \ b} MS en el sistema de la siguiente manera. Para cada par MCS y SF existe una tasa R_{j} de transferencia de datos fija correspondiente. La razón SINR_{j} se utiliza para calcular la tasa (FER_{j}) de errores de trama para cada estación 108_{a, \ b}, 110_{a, \ b}, 112_{a, \ b} MS, siendo FER_{j} una función de la razón SINR_{j}, el esquema MCS_{j} y el factor SF. La tasa efectiva de transferencia de datos puede expresarse de la siguiente manera:

(2)\hat{R}_{j} = R_{j} (1 - FER_{j}) = : \Gamma_{j} (SINR_{j})

Haciendo referencia a la figura 3, se muestran curvas empleadas para un algoritmo de adaptación de enlace en la determinación de cantidades en el bloque 206 (figura 2). En la realización preferida, se utilizan curvas para un sistema TDMA EDGE. La parte superior de la figura 3 muestra las curvas FER vs. SINR para los esquemas MCS1, MCS2 y MCS9 de modulación y codificación. La parte inferior de la figura 3 ilustra la tasa efectiva de transferencia de datos (rendimiento), (1-FER)*R para cada uno de los esquemas MCS mostrados en la parte superior de la figura. Tal como se mencionó anteriormente, la tasa R de transferencia de datos es una cantidad conocida para cada esquema MCS. En el algoritmo de adaptación de enlace, para cada valor de la razón SINR calculado en el bloque 204 (figura 2), el algoritmo identifica esquemas MCS potenciales cuya tasa FER (a ese valor SINR) es como máximo la tasa FER final en la parte superior de la figura 3. Entonces, entre los esquemas MCS potenciales identificados, en la mitad inferior de la figura 3, el algoritmo elige el esquema MCS con la mayor tasa efectiva de transferencia de datos. La tasa efectiva de transferencia de datos correspondiente se registra en la curva en negrita y proporciona el mapeado de SINR\rightarrow tasa efectiva de transferencia de datos \hat{R}_{j} = R_{j} (1 - FER_{j}) = : \Gamma_{j} (SINR_{j}) de la ecuación (2) anterior.

Se ha descrito un ejemplo de un sistema AMDT. Puede utilizarse un esquema similar para un sistema AMDC. En el caso de un sistema AMDC habría curvas de rendimiento similares con la diferencia de que se elevarían a la potencia del factor de ensanchamiento y del esquema MCS. La definición de la tasa efectiva de transferencia se mantiene
igual.

La tasa \hat{R}_{j, \ med} media de transferencia efectiva de datos se utiliza en el bloque 208 para producir la fracción planificada de tramas p_{j} que va a utilizarse en cada estación 108_{a, \ b}, 110_{a, \ b}, 112_{a, \ b} MS y el rendimiento correspondiente es igual a \rho_{j} \hat{R}_{j, \ med}. Los valores se obtienen como una solución al problema de optimización:

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En la realización preferida la función de utilidad es

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Para esta función de utilidad, la fracción planificada de tramas, p_{j}, la da la ecuación

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Obsérvese que si \alpha es mayor de cero, la asignación favorece a los usuarios con mayores tasas de transferencia, es decir, el usuario con una mayor tasa de transferencia recibe una mayor fracción de tramas asignada. El parámetro \alpha controla la medida en la que se produce este desvío. Un valor de \alpha igual a 1 conduce a una solución únicamente de eficacia con todas las ranuras asignadas a los usuarios con las mayores tasas de transferencia de datos. Un valor de \alpha cercano a -\infty arroja una solución únicamente de justicia. Un valor de a igual a 0 es equivalente a utilizar una función de utilidad logarítmica y produce una solución proporcionalmente justa. Por tanto, el rendimiento para este ejemplo viene dado por:

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Los valores \rho_{j} junto con la tasa efectiva de transferencia de datos se utilizan para determinar los créditos de trama disponibles para cada estación 108_{a, \ b}, 110_{a, \ b}, 112_{a, \ b} MS. El valor de créditos de trama es el número de bits que van a transmitirse en una ventana W. El valor de créditos de trama se utiliza en la fase de planificación real para garantizar que no se asigna a ninguna estación 108_{a, \ b}, 110_{a, \ b}, 112_{a, \ b} MS una parte exorbitante de los recursos. Una vez que se conozcan los valores p_{j} y la tasa \hat{R}_{j, \ med} media efectiva de transferencia de datos, se actualiza P^{nom} (bloque 210) y el algoritmo atraviesa un bucle a través de los bloques 204, 206 y 208 hasta que se alcanza la convergencia (bloque 212 de decisión). Una vez que se ha alcanzado la convergencia, el algoritmo emite P^{nom}, el esquema MCS_{j} y/o SF_{j}, \hat{R}_{j, \ med} y \rho_{j}. El algoritmo en el esquema de planificación también puede utilizarse para calcular únicamente los niveles de potencia nominal. En tal caso, el algoritmo del esquema de planificación se designa como el algoritmo de asignación de potencia nominal.

En la fase de planificación real de la realización preferida del algoritmo de planificación de la presente invención, las cantidades de asignación se modifican de forma adecuada basándose en las actuales condiciones de radio. Las actuales condiciones de radio están disponibles preferiblemente a partir de los informes periódicos de retroalimentación. Las actuales condiciones de radio también pueden estar disponibles a través de algún otro mecanismo, tal como mediciones piloto en un sistema basado en AMDC. Específicamente, en la fase de planificación real, se utilizan los valores nominales de los niveles P^{nom} de potencia, la tasa \hat{R}_{j, \ med} media efectiva de transferencia de datos junto con la fracción de tramas p_{j} planificada y los informes de medición reales para determinar la planificación real para las transmisiones de la estación móvil en una célula a o b particular. Obsérvese aquí que mientras que en el esquema de planificación se determinan valores medios (potencia, tasa efectiva de transferencia de datos, etc.) para todas las estaciones MS del sistema, en la planificación real se utilizan los valores reales (potencia, tasa efectiva de transferencia de datos, etc.) para determinar la planificación de la transmisión en una base celular. De forma específica, los valores reales se comparan con valores medios al determinar el orden en el que transmitirán las estaciones 108_{a, \ b}, 110_{a, \ b}, 112_{a, \ b} MS. El objetivo de la planificación real es proporcionar una ventana a las estaciones MS entre 108, 110, 112 con buenas condiciones de canal para maximizar la eficacia, mientras se aplica un factor al esquema de planificación para garantizar que el canal de transmisión se comparte de una manera justa. Los usuarios pueden priorizarse basándose en múltiples factores. Por ejemplo, la prioridad puede basarse en ganancias de canal relativas, niveles relativos señal a interferencia (en relación con las condiciones medias bajo las que se realizaron los cálculos del esquema de planificación), ganancias de canal absolutas, niveles absolutos señal a interferencia, o alguna combinación de estas cantidades.

En el esquema de planificación real, los niveles de potencia de transmisión se ajustan basándose en las actuales condiciones en el transmisor de la estación BTS (en el ejemplo actual, la estación 104_{a} BTS) y en todos los receptores de las estaciones 108_{a}, 110_{a}, 112_{a} MS que se comunican con la estación 104_{a} BTS. Una primera realización de la planificación real (figura 4) es una implementación basada en créditos de las colas de paso justo ponderado. La implementación se basa en créditos dado que asigna a los usuarios la capacidad de ancho de banda disponible basándose en créditos. El algoritmo utiliza cantidades \upbar{W}_{j} C_{j}, w_{j}, \hat{R}_{j, \ med} y \hat{R} definidas para cada conexión y números \beta (\beta \geq 0) e \gamma (0 \leq \gamma \leq 1). Las cantidades w_{j}, \hat{R}_{j, \ med} y \hat{R}_{j} son el peso para la clase de conexión (determinada por la clase de calidad de servicio), la tasa media efectiva de transferencia de datos (calculada mediante el proyecto de planificación) y la tasa efectiva real de transferencia de datos (calcula utilizando las actuales condiciones del canal), respectivamente. La cantidad C_{j} es el número de créditos para cada conexión basados en el canal y en la clase y se define mediante la siguiente ecuación:

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La cantidad \upbar{W}_{j} es la cantidad de bytes normalizados transmitidos para cada conexión durante la ventana de planificación y para cada conexión, \upbar{W}_{j} se reajusta a cero al comienzo de cada ventana. Los números \beta e \gamma son parámetros de control que pueden sintonizarse utilizados en la ecuación (6) para determinar la asignación real de la capacidad de ancho de banda disponible. La elección del valor de \beta depende de la función de utilidad elegida. \beta se utiliza para hacer cumplir la medida en la que se sacrifica la eficacia, es decir, el rendimiento total, en favor de la justicia. El parámetro \gamma de control se utiliza para determinar cuánto énfasis debería ponerse en el valor real de la tasa efectiva de transferencia de datos al calcular los créditos de los usuarios. Por ejemplo, si \gamma se ajusta a cero, sólo se utiliza el valor medio de la tasa efectiva de transferencia de datos para calcular el crédito. El valor de \gamma debería depender de la precisión o fiabilidad de las tasas efectivas reales de transferencia de datos. El objetivo de \gamma es sacar ventaja de los rápidos informes de medición, si están disponibles, y mejorar el rendimiento total proporcionando a los usuarios mejores condiciones actuales de radio. El algoritmo de planificación real le proporciona a una conexión de estación MS un rendimiento que es proporcional a su crédito sujeto a varias restricciones y cuellos de botella. El algoritmo también prioriza a los usuarios basándose en su tasa real efectiva de transferencia de datos en relación con sus tasas medias efectivas de transferencia de datos. Cada vez que se elimina un paquete de una cola de usuario, se actualiza \upbar{W} mediante la siguiente ecuación:

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El algoritmo intenta mantener \upbar{W}_{j} aproximadamente igual para todos los usuarios seleccionando la estación 108_{a}, 110_{a}, 112_{a} MS con \upbar{W}_{j} más bajo para la transmisión en cada trama siempre que se les permita transmitir y tengan datos para la transmisión. A los nuevos usuarios se les asigna un valor \upbar{W}_{j} basándose en los valores \upbar{W}_{j} de los usuarios ya presentes, su clase de calidad de servicio y la cantidad de datos que han de transferirse.

La figura 4 es un diagrama de flujo de la primera realización del algoritmo de planificación real descrito anteriormente. En el bloque 402, la tasa \hat{R}_{j} efectiva de transferencia de datos está ajustada igual a la tasa \hat{R}_{j, \ med} media efectiva de transferencia de datos calculada en el esquema de planificación. Además, se calcula el valor C_{j} de crédito (empleando la ecuación (6)) y la cantidad de bytes normalizados transmitidos para cada conexión \upbar{W}_{j} se ajusta a cero. En el bloque 404, se utiliza la salida P^{nom} en el bloque 214 de la figura 2 junto con los valores reales de ganancia y términos de interferencia en un algoritmo de control de potencia conocido para determinar los valores reales de potencia para cada estación 108_{a}, 110_{a}, 112_{a} MS en cada célula. A continuación, en el bloque 406 de decisión, el algoritmo determina si se ha recibido un informe de medición. Si se ha recibido un informe de medición, se utilizan los valores actuales de potencia real, ganancia y términos de interferencia en un algoritmo de tasa de transferencia de datos/adaptación de enlace para determinar el esquema MCS y/o el factor SF y \hat{R}_{j} para cada estación 108_{a}, 110_{a}, 112_{a} MS en cada célula (bloque 408). A continuación, en el bloque 410, se calcula el valor C_{j} de crédito actual empleando \hat{R}_{j}, \hat{R}_{j, \ med} y el conocimiento de la calidad de servicio de cada estación 108_{a}, 110_{a}, 112_{a} MS en cada célula. En el bloque 412, en una base celular, entre los usuarios que tienen datos que transmitir y a los que las restricciones del sistema les permiten transmitir, se determina el usuario con el valor \upbar{W}_{j} más bajo y se asigna para la transmisión. Si no se ha recibido un informe de medición en el bloque 406 de decisión, el algoritmo salta los bloques 408 y 410 y continúa con el bloque 412. A continuación, en el bloque 414, se actualiza \upbar{W}_{j} para cada estación 108_{a}, 110_{a}, 112_{a} MS en cada célula empleando la ecuación (7). En el bloque 416 de decisión, el algoritmo determina si ha alcanzado el final de la ventana del esquema de planificación. Si no se ha alcanzado el final, el algoritmo atraviesa el bucle hacia atrás a través del proceso que comienza con el bloque 404. Si se ha alcanzado el final, el algoritmo continúa en la fase del proyecto de planificación que comienza con el bloque 202.

Una realización alternativa del esquema real, mostrada en el diagrama de flujo de la figura 5, es una implementación distribuida y asíncrona del algoritmo. La parte de asignación de potencia del proyecto de de planificación se utiliza toda vez que haya mensajes de reasignación de potencia generados por el controlador 102 RNC. La implementación asíncrona utiliza implícitamente el concepto de ventana de decisión al calcular \upbar{W} y \hat{R}_{j, \ med} basándose en la media exponencial:

8

donde r es un factor de descuento adecuado. Al comienzo de cada trama, el algoritmo actualiza \upbar{W} de acuerdo con lo siguiente:

(9)\upbar{W} = (1 - \phi) \cdot \upbar{W}

donde 0< \phi \leq 1 y 1-\phi es un factor de descuento utilizado de la forma convencional en la técnica para evitar que \upbar{W} aumente de forma continua con el tiempo. Tras atender a un usuario en cada ranura temporal, el algoritmo actualiza \upbar{W}_{j} del usuario que acaba de atenderse de la siguiente manera:

9

donde \phi es un factor de normalización adicional que aplica una escala de forma adecuada al valor numérico de \upbar{W}_{j}. Como en la realización anterior, 10 y la planificación real elige la estación 108_{a}, 110_{a}, 112_{a} MS con el valor \upbar{W}_{j} menor para la transmisión en cada trama siempre que se le permita transmitir y tenga datos que transmitir.

La figura 5 es un diagrama de flujo de la realización alternativa del algoritmo de planificación real descrito anteriormente. En el bloque 502, la salida P^{nom} en el bloque 214 de la figura 2 se utiliza junto con los valores actuales de ganancia y términos de interferencia en un algoritmo de control de potencia conocido para determinar valores de potencia reales para cada estación 108_{a}, 110_{a}, 112_{a} MS en cada célula. A continuación, en el bloque 504 de decisión, el algoritmo determina si se ha recibido o no un informe de medición. Si se ha recibido un informe de medición, los valores actuales de potencia real, ganancia y términos de interferencia se utilizan en un algoritmo de la tasa de transferencia de datos/adaptación de enlace para determinar el esquema MCS y/o el factor SF y \hat{R}_{j} para cada estación 108_{a}, 110_{a}, 112_{a} MS en cada célula (bloque 506). A continuación, en el bloque 508 se actualiza \hat{R}_{j, \ med} para cada estación 108_{a}, 110_{a}, 112_{a} MS en cada célula empleando la ecuación (8). En el bloque 510, se calcula el valor C_{j} de crédito actual empleando \hat{R}_{j}, \hat{R}_{j, \ med} y el conocimiento de la calidad de servicio de cada estación 108_{a}, 110_{a}, 112_{a} MS en cada célula. En el bloque 512, en una base celular, entre los usuarios que tienen datos para transmitir y a los que las restricciones del sistema les permiten transmitir, se determina el usuario con el menor valor \upbar{W}_{j} y se designa para la transmisión. Si no se ha recibido un informe de medición en el bloque 504, el algoritmo se salta los bloques 506, 508 y 510 y continúa con el bloque 512. A continuación, en el bloque 514, se actualiza \upbar{W}_{j} para cada estación 108_{a}, 110_{a}, 112_{a} MS en cada célula empleando las ecuaciones (9) y (10). En el bloque 516 de decisión, el algoritmo determina si se ha recibido o no un mensaje de reasignación de potencia. Si se ha recibido un mensaje de reasignación de potencia, se repite el algoritmo del proyecto de planificación para volver a calcular P^{nom} (figura 2, bloque 202). Si no se ha recibido un mensaje de reasignación de potencia, el algoritmo atraviesa el bucle hacia atrás a través del proceso que comienza con el bloque 502.

En una segunda realización alternativa, el elemento de planificación de paquetes utiliza la tasa efectiva de transferencia relativa comparada con la tasa de transferencia media calculada en la fase del proyecto de planificación para priorizar los móviles 108, 110, 112. Se permite transmitir a los móviles 108, 110, 112 de acuerdo con sus prioridades (que pueden cambiar con la misma frecuencia con la que se disponga de información de canal actual) sujetas a que tengan créditos de posesión de bits y longitudes de cola no-cero (es decir, tramas almacenadas en su cola correspondiente).

En esta realización, los créditos se definen como C_{j} = w_{j} \hat{R}_{j, \ med}^{\beta} y se elige el usuario con el menor valor
11 para la transmisión en cada trama siempre que se le permita al usuario transmitir y tenga datos que transmitir. La actualización de \upbar{W}_{j} se lleva a cabo utilizando la ecuación (7) o las ecuaciones (9) y (10). En el último caso, \hat{R}_{j, \ med} se calcula empleando la ecuación (8). En otras realizaciones (no menos preferidas), puede utilizarse cualquier otro parámetro o combinaciones de parámetros para determinar las prioridades de transmisión.

Los esquemas descritos anteriormente son para un sistema AMDT. Para un sistema AMDC, la lista clasificada (orden ascendente) de valores \upbar{W}_{j} proporciona el orden en el que van a elegirse los usuarios para la transmisión durante la trama actual. La lista exacta de usuarios que transmiten durante la trama actual se determinaría de acuerdo con los siguientes pasos:

1.: para el primer usuario, si no hay datos, saltar al paso 3. Si hay datos para la transmisión, entonces se designa al usuario como el usuario actual y se continúa con el paso 2.

2.: para el usuario actual, transmitir la cantidad máxima de datos que permiten los recursos del sistema (presupuesto de potencia restante, recursos de código restantes, etc.). Continuar en el siguiente paso.

3.: Si se han agotado todos los usuarios de la célula, entonces salir. Determinar si el siguiente usuario de la lista ordenada tiene datos que transmitir. Si es así, designar al usuario como el usuario actual y proceder con el paso 2. Si el siguiente usuario de la lista ordenada no tiene datos que transmitir, repetir este paso 3.

Los expertos en la materia reconocerán que pueden realizarse varias modificaciones y variaciones en el aparato de la presente invención y en la construcción de este aparato sin salirse del alcance de la invención. Por ejemplo, el método de la presente invención puede implementarse en un sistema de comunicaciones que incluya más de dos estaciones base.

Claims

1. Método de planificación de la transmisión de paquetes en un sistema de comunicaciones que comprende una pluralidad de células, cada célula con una estación (104) base y una pluralidad de estaciones (108, 110, 112) móviles, comprendiendo el método:

a): determinar un nivel de potencia nominal para todas las estaciones base del sistema (210);

b): determinar una tasa media efectiva de transferencia de datos para todas las estaciones móviles del sistema (206);

c): utilizar el nivel de potencia de transmisión y la tasa media efectiva de transferencia de datos para determinar una planificación provisional de la transmisión para cada una de la pluralidad de estaciones móviles del sistema (214); y

caracterizándose el método por una etapa d) adicional que comprende:

d-i): determinar un valor de potencia real para cada una de la pluralidad de estaciones móviles en una célula (502);

d-ii): determinar una tasa efectiva real de transferencia de datos para cada una de la pluralidad de estaciones móviles en la célula (506);

d-iii): actualizar la tasa media efectiva de transferencia de datos para cada estación móvil de la pluralidad de estaciones móviles en la célula (508);

d-iv): determinar un valor de crédito actual para cada una de la pluralidad de estaciones móviles en la célula (510) empleando la tasa efectiva real de transferencia de datos, la tasa media efectiva de transferencia de datos y una calidad de servicio de cada estación móvil en la célula;

d-v): determinar qué estación móvil de la pluralidad de estaciones móviles tiene una cantidad menor de bytes normalizados transmitidos (512); calculándose los bytes normalizados transmitidos como una función del actual valor de créditos para cada una de la pluralidad de estaciones móviles en la célula; y

d-vi): planificar la estación móvil con la cantidad menor de bytes normalizados para la transmisión.

2. Método según la reivindicación 1, en el que la etapa a) se caracteriza por las etapas de inicializar el nivel de potencia de transmisión en un valor predeterminado y emplear el valor predeterminado para determinar el nivel de potencia nominal para todas las estaciones (104) base del sistema.

3. Método según la reivindicación 1, en el que la etapa b se caracteriza por las siguientes etapas:

b-i): aproximar una razón señal a interferencia más ruido (SINR) para cada una de la pluralidad de estaciones (108, 110, 112) móviles del sistema (204);

b-ii): utilizar la razón SINR para determinar un esquema de modulación y codificación y/o un factor de ensanchamiento y una tasa efectiva de transferencia de datos para cada una de la pluralidad de estaciones móviles del sistema (206); y

b-iii): utilizar la tasa efectiva de transferencia de datos para determinar la tasa media efectiva de transferencia de datos para todas las estaciones móviles en el sistema (206).

4. Método según la reivindicación 3, en el que la etapa de aproximar la razón SINR se caracteriza por utilizar el nivel de potencia nominal, la ganancia actual, la ganancia de canal de interferencia actual y la potencia de ruido de recepción más términos de interferencia no contabilizados, obteniéndose la ganancia actual, la ganancia de canal de interferencia actual y la potencia de ruido de recepción más términos de interferencia no contabilizados consultando a los transceptores de cada una de la pluralidad de estaciones (108, 110, 112) móviles y a la estación (104) base acerca de un informe de medición.

5. Método según la reivindicación 3, en el que la etapa iii) se caracteriza adicionalmente por emplear la tasa meda efectiva de transferencia de datos para determinar una fracción planificada de tramas que van a ser usadas por cada una de la pluralidad de estaciones (108, 110, 112) móviles en el sistema (208).

6. Método según la reivindicación 1, en el que la etapa c) se caracteriza por las etapas de actualizar el nivel de potencia nominal y determinar si se ha alcanzado la convergencia; y, si no se ha alcanzado la convergencia, repetir las etapas b) - d) (212).

7. Método de la reivindicación 1, en el que la etapa i) se caracteriza por utilizar el nivel de potencia nominal y valores actuales de ganancia y términos de interferencia en un algoritmo de control de potencia para determinar el valor de potencia real (404; 502).