ES2278161T3 - Metodo y sistema para efectuar el control de admision de llamadas en el enlace ascendente para sistemas de comunicaciones inalambricas de tercera generacion. - Google Patents
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Abstract
Un método para efectuar un control de admisión de llamadas en el enlace ascendente de un sistema de comunicaciones dúplex por división en el tiempo, de acceso múltiple de banda ancha por división de código, WCDMA-TDD (Wideband Code Division Multiple Acces Time Division Duplex), caracterizado por un controlador de red de radio que efectúa las etapas de: asignar unidades de recursos requeridas por un nuevo usuario (106), a cuotas de tiempo de enlace ascendente, basándose en la probabilidad de corte de cada cuota de tiempo individual; calcular una probabilidad de corte total para el nuevo usuario (106); determinar si la probabilidad de corte total está por debajo de un valor predeterminado; y admitir el nuevo usuario (106) donde la determinación sea positiva.
Description
Método y sistema para efectuar el control de
admisión de llamadas en el enlace ascendente para sistemas de
comunicaciones inalámbricas de tercera generación.
La presente invención se refiere al campo de las
comunicaciones, específicamente, comunicaciones inalámbricas. Más
específicamente, la presente invención se refiere al control de
admisión de llamadas en sistemas inalámbricos de la tercera
generación.
Las comunicaciones inalámbricas de la tercera
generación, tales como los sistemas dúplex por división en el
tiempo, de acceso múltiple de banda ancha por división de código
(WCDMA-TDD = Wideband Code Division Multiple Access
Time Division Duplex) soportarán, no solamente servicios de voz,
sino también una amplia variedad de servicios de banda ancha, tales
como vídeo y tráfico de Internet. En dichos sistemas, el objetivo
del control de admisión de llamadas es garantizar que se cumpla la
calidad de servicio (QoS = Quality of Service) para todos los
usuarios admitidos en el sistema. El control de admisión de llamadas
afecta directamente a la QoS de usuarios de móviles, y a la
estabilidad y capacidad del sistema. Por lo tanto, el control de
admisión de llamadas es muy importante para el diseño de sistemas
WCDMA-TDD.
En los últimos años, ha habido algunos avances
respecto al control de admisión de llamadas en sistemas
WCDMA-FDD (Wideband Code Division Multiple Acces
Frequency Division Duplex = dúplex por división en frecuencia, de
acceso múltiple de banda ancha por división de código) pero pocos
avances en sistemas WCDMA-TDD. Uno de dichos
sistemas trata el problema efectuando asignación de recursos basada
en una relación fija de señal a interferencia (SIR = Signal to
Interference Ratio) requerida. Sin embargo, en sistemas
WCDMA-TDD la SIR requerida de un usuario no es fija
y, por el contrario, cambia con el tiempo debido a un imperfecto
control de potencia. En sistemas WCDMA-FDD no hay
cuotas de tiempo, mientras que en sistemas
WCDMA-TDD, un usuario puede usar más de una cuota
de tiempo.
Por lo tanto, existe la necesidad de
proporcionar un control de admisión de llamadas para los sistemas
TDD.
El documento EP 750 440 describe un método y un
aparato para control de admisión de llamadas en un sistema CDMA de
comunicaciones móviles, en los que se ajusta un número máximo de
usuarios que se pueden conectar de manera simultánea dentro de una
zona de radio de cada estación base, basado en cálculos de
probabilidad de bloqueo y probabilidad de corte de calidad de
comunicación.
En el artículo "A Connection Admission Control
using Transient Outage Probability in CDMA System", IEEE
proceedings 2000, volumen 3, del 24 de septiembre de 2000, páginas
1412-1416, Jang y otros describen un esquema de
control transitorio de admisión de conexión (CAC = Connection
Admission Control) para sistemas CDMA, en el que la actuación de
corte transitorio es comparada con la actuación de corte en estado
estacionario.
La presente invención es un sistema y un método
para efectuar un control de admisión de llamadas, en el que las
decisiones de admisión están basadas en un requisito dinámico de SIR
y la suposición de que un usuario puede usar múltiples cuotas de
tiempo. La presente invención es llevada a la práctica sin usar
medidas en línea, evitando, por tanto, costes de implementación de
software y hardware atribuidos a ellas.
La Figura 1 es un método para efectuar un
control de admisión de llamadas en el enlace ascendente para sistema
de comunicaciones inalámbricas de la tercera generación, según la
realización preferida de la invención.
La Figura 2 es un sistema de control de admisión
de llamadas, según la realización preferida de la invención.
Según la presente invención, se efectúa un
control de admisión de llamadas en sistemas
WCDMA-TDD (donde los usuarios pueden usar múltiples
cuotas de tiempo), a la vez que se tiene en cuenta el hecho de que
cada relación de señal a interferencia (SIR) requerida, del
usuario, es una variable aleatoria. Se optimiza la asignación de
recursos para producir la menor probabilidad de corte total
(P_{out-total}) para un nuevo usuario, y para
asegurar que P_{out-total} esté por debajo de un
valor predeterminado.
Preferiblemente, la presente invención es
llevada a la práctica considerando las siguientes suposiciones.
Primero, como está especificado por las normas del Proyecto de
Colaboración de la Tercera Generación (3GPP = Third Generation
Partnership Project), cada trama está dividida en 15 cuotas de
tiempo. Segundo, la velocidad de chip de un sistema
WCDMA-TDD es 3,84 Mcps (megachips por segundo) que
hace que la velocidad de chip equivalente en una cuota de tiempo
sea igual a 256 kcps (kilochips por segundo) (es decir, 3,84 Mcps/15
= 256 kcps). Tercero, en la estación base (BS = Base Station) se
usa un receptor de detección multiusuario (MUD =
Multi-User Detection).
En cada cuota de tiempo se usan códigos de
Factor de Expansión Ortogonal Variable (OVSF = Orthogonal Variable
Spreading Factor) para códigos de canalización. El factor de
expansión de un código de canalización puede adoptar un valor de 2,
4, 8 y 16 en el enlace ascendente. Para el propósito de describir la
presente invención, una unidad de recursos (RU = Resource Unit)
corresponde a un canal físico particular, y está definida como un
código de canalización que tiene un factor de expansión de 16 en una
cuota de tiempo particular. Por lo tanto, las RU(s)
corresponden a canales físicos en una cuota de tiempo
particular.
Para un nuevo usuario que intenta la admisión a
una célula, el objetivo primario del control de admisión de
llamadas es asignar apropiadamente las RU(s) (es decir,
canales físicos) de modo que se garanticen los requisitos de la
calidad de servicio (QoS), tanto para el nuevo usuario como para
cualquier usuario que ya esté en la célula. El número de
RU(s)
requeridas por un nuevo usuario depende del tipo de llamada que el usuario haya colocado. Por ejemplo, un nuevo usuario que coloca una llamada de voz requiere dos RU(s), mientras un nuevo usuario de coloque una llamada de datos de 64 k requiere cinco RU(s).
requeridas por un nuevo usuario depende del tipo de llamada que el usuario haya colocado. Por ejemplo, un nuevo usuario que coloca una llamada de voz requiere dos RU(s), mientras un nuevo usuario de coloque una llamada de datos de 64 k requiere cinco RU(s).
Las decisiones efectuadas por un sistema de
control de admisión de llamadas están basadas en si las RU(s)
pueden ser asignadas satisfactoriamente para el nuevo usuario. El
que una RU pueda ser asignada satisfactoriamente para un nuevo
usuario depende de las probabilidades individuales de corte
(P_{out}) para todas las cuotas de tiempo en las que se han
asignado RU(s). Por lo tanto, P_{out} es la probabilidad de
que, en una cuota de tiempo particular, una SIR requerida de
usuario esté por debajo de un cierto valor predeterminado. Sin
embargo, en sistemas WCDMA-TDD, la SIR requerida de
cada usuario no es fija, sino que sigue una cierta distribución
que, por lo tanto, hace que la P_{out} sea difícil de calcular. Es
decir, aunque se conozca la distribución de la SIR, el cálculo de
P_{out} es muy complejo, y no se puede efectuar en tiempo
real.
Por el contrario, la aproximación Gaussiana
proporciona un resultado suficientemente aproximado y tiene una
complejidad de cálculo relativamente baja. Por lo tanto, se usa la
solución de la aproximación Gaussiana para permitir que el RNC
(Radio Network Controller = Controlador de Red de Radio) calcule la
P_{out} para cada cuota de tiempo, y efectúe decisiones de
asignación de recursos en tiempo real.
La P_{out} de cada cuota de tiempo asignada a
un nuevo usuario puede ser combinada para calcular la
P_{out-total} para el nuevo usuario. Suponiendo
que a un nuevo usuario se han asignado RU(s) en un número
particular de cuotas de tiempo, la P_{out-total}
de un nuevo usuario está definida como la probabilidad de que ocurra
un corte en, por lo menos, una de esas cuotas de tiempo. La
P_{out-total} puede ser calculada como se desee.
A modo de ejemplo, P_{out-total} puede ser
calculada según
P_{out-total} = 1 -
\prod\limits_{i=\Omega} (1 -P_{out}(i)), donde \Omega
es el conjunto de cuotas de tiempo en las que se han asignado
RU(s) al usuario.
Con referencia ahora a la Figura 1, se muestra
un método 10 en el que el control de admisión de llamadas es
efectuado en el enlace ascendente para sistemas de comunicaciones
inalámbricas de la tercera generación. Suponiendo, simplemente con
el propósito de describir la invención, que un nuevo usuario
requiere dos RU(s) (es decir, el nuevo usuario ha colocado
una llamada de voz), el método 10 comienza en la etapa 12 calculando
la P_{out} actual de cada cuota de tiempo de enlace ascendente.
De nuevo, P_{out} es la probabilidad de que una SIR de un nuevo
usuario esté por debajo de un valor predeterminado en una cuota de
tiempo particular, y es calculada para cada cuota de tiempo de
enlace ascendente. Por lo tanto, en la etapa 12 se calcula, para
cada cuota de tiempo, la probabilidad de que la SIR del nuevo
usuario esté por debajo del valor predeterminado. Como se explicó,
la P_{out} tiene en cuenta el hecho de que la SIR del usuario
cambia con el tiempo y es calculada por el RNC usando la
aproximación Gaussiana para reducir la complejidad de cálculo.
Una vez que se ha calculado la P_{out} para
cada cuota de tiempo, en la etapa 14 se selecciona la cuota de
tiempo que tiene la menor P_{out}, es decir, la cuota de tiempo i.
Como la cuota de tiempo i es la cuota de tiempo con la menor
P_{out}, la P_{out} en la cuota de tiempo es denominada
P_{out}(i). En la etapa 16, una RU es asignada a la cuota
de tiempo i, y P_{out}(i) es actualizada consecuentemente.
Una vez que ha sido asignada la primera RU, el método pasa a la
etapa 18. En la etapa 18, el método determina si hay que asignar
RU(s) adicionales. Como se dijo, para el propósito de
describir la invención, se puede suponer que el nuevo usuario
requiere dos RU(s). Por lo tanto, la determinación en la
etapa 18 será positiva y el método pasará a la etapa 20.
En la etapa 20, el método determina si
P_{out}(i) es todavía la menor P_{out} (es decir, el
método determina si, a pesar de haber sido asignada una RU, la
cuota de tiempo i tiene todavía la menor P_{out}). Si
P_{out}(i) es todavía la menor P_{out}, el método
retrocede a la etapa 16 y la segunda RU es asignada a la cuota de
tiempo i, y continúa como se indica. Por el contrario, si
P_{out}(i) ya no es la menor P_{out}, el método pasa a
la etapa 22. En la etapa 22 se calcula P'_{contribución}. La
P'_{contribución} es la contribución a
P_{out-total} suponiendo que la siguiente RU (es
decir, la segunda RU según la suposición mencionada anteriormente)
es aceptada para la cuota de tiempo i, a pesar del hecho de que
P_{out}(i) ya no sea la menor P_{out}. La
P'_{contribución} es el mismo valor que la nueva P_{out} de la
cuota de tiempo i. Es decir, P'_{contribución} es igual a
P_{out}(i)'.
\newpage
En la etapa 24 se calcula P_{contribución}. La
P_{contribución} es la contribución a
P_{out-total} suponiendo que la siguiente RU (es
decir, la segunda RU según la suposición mencionada anteriormente)
es aceptada para la cuota de tiempo que tiene la menor P_{out}, o
sea, la cuota de tiempo j. La P_{contribución} viene dada por
P_{contribución}=1-(1-P_{out}(i)).(1-P_{out}(j)).
Una vez que hayan sido calculadas P'_{contribución} y
P_{contribución}, el método pasa a la etapa 26, donde se determina
si P_{contribución} es mayor o igual que P'_{contribución} (es
decir, P_{out}(i)'). Si P_{contribución} es mayor o igual
que P'_{contribución}, el método pasa a la etapa 16, en donde la
siguiente RU será asignada a la cuota de tiempo i, a pesar del hecho
de que la cuota de tiempo i ya no tenga la menor P_{out}. Es
decir, aunque la cuota de tiempo i ya no tenga la menor P_{out},
el asignar la siguiente RU a la cuota de tiempo i dará como
resultado una P_{out-total} menor que asignar la
siguiente RU a la cuota de tiempo j, que actualmente tiene la menor
P_{out}. Por el contrario, si P_{contribución} es menor que
P'_{contribución}, i se hace igual a j en la etapa 28, y el
método pasa a la etapa 16. El método hace i igual a j, de modo que,
en la etapa 16, la siguiente RU es asignada a la cuota de tiempo j,
porque asignar la siguiente RU a la cuota de tiempo j dará como
resultado la menor P_{out-total}.
Desde la etapa 16, el método pasa de nuevo a la
etapa 18. Obsérvese que las etapas 20 a 28 no habrían sido
necesarias donde el muevo usuario sólo necesitara una RU. Pero,
debido a que en la suposición del ejemplo, el usuario necesita dos
RU(s), era necesario un recorrido por las etapas 20 a 28 para
determinar la óptima asignación de la segunda RU. Las etapas 20 a
28 son efectuadas, cuando se necesiten, para cada RU requerida por
el usuario. Una vez que han sido asignadas todas las RU(s),
el método pasa a la etapa 30. En la etapa 30, se calcula
P_{out-total} para determinar la probabilidad de
corte del nuevo usuario, basada en la asignación de RU(s),
como se asignaron en las etapas 12 a 28.
En la etapa 32, el método determina si
P_{out-total} es menor o igual que un valor
predeterminado, por ejemplo, \Theta. El valor \Theta
predeterminado es un parámetro dependiente del operador y puede ser
cualquier valor, según se desee, dependiendo del nivel deseado de
estabilidad de la red. Si P_{out-total} es menor
que \Theta, el nuevo usuario es admitido (etapa 34), si no, el
nuevo usuario es rechazado (etapa 36).
Según la presente invención,
P_{out-total} aumenta cuando aumenta el número de
usuarios, y se satura alrededor del valor \Theta predeterminado,
mejorando espectacularmente, por ello, la estabilidad del sistema
(es decir, el número de llamadas caídas). Debido a las estrictas
normas de admisión, la presente invención también da como resultado
un espectacular aumento de la probabilidad de bloqueo (que también
aumenta con el número de usuarios), en comparación con los métodos
de control de admisión de llamadas estáticos secuenciales y
aleatorios. La combinación de mayor estabilidad y probabilidad de
bloqueo aumenta significativamente la calidad de servicio (QoS) de
los usuarios ya que, desde la perspectiva del usuario, es mucho más
preferible tener una llamada bloqueada que tener una llamada
caída.
Ahora, con referencia a la Figura 2, se muestra
un sistema 100 para llevar a la práctica el control de admisión de
llamadas según la presente invención. El sistema 100 comprende un
RNC 102, una estación base BS o Nodo-B 104 y un
equipo de usuario (UE = User Equipment) 106, en donde la BS y el UE
tienen, cada uno, un receptor de detección multiusuario (MUD) 103,
108, respectivamente.
Cuando el UE 106 es usado por un usuario para
colocar una llamada, el RNC 102 efectuará el control de admisión de
llamadas y asignará RU(s) requeridas por esa nueva llamada, a
cuotas de tiempo apropiadas, para asegurar la menor
P_{out-total} posible, y asegurar que
P_{out-total} permanece por debajo del umbral
\Theta predeterminado.
Para efectuar el control de admisión de
llamadas, el RNC 102 calcula P_{out} para cada cuota de tiempo de
enlace ascendente, y asigna una RU a la cuota de tiempo con la menor
P_{out}. Si hay RU(s) adicionales requeridas por el nuevo
usuario, que necesiten ser asignadas, el RNC 102 asignará
subsiguientes RU(s) a la misma cuota de tiempo que se asignó
la RU anterior, mientras esa cuota de tiempo tenga todavía la menor
P_{out}. Si esa cuota de tiempo ya no tiene la menor P_{out},
el RNC 102 determinará si todavía tiene que asignar subsiguientes
RU(s) a esa cuota de tiempo o a la cuota de tiempo que tiene
ahora la menor P_{out}. Para efectuar esa determinación, el RNC
102 determina qué cuota de tiempo da como resultado la menor
contribución a P_{out-total}. El RNC 102 repite
este análisis para cada RU requerida por la nueva llamada.
Una vez que se han asignado todas las
RU(s) requeridas por el nuevo usuario, a cuotas de tiempo
particulares, el RNC 102 determina si la asignación da como
resultado una P_{out-total} que está por debajo
del valor \Theta predeterminado. Si
P_{out-total} está por debajo de \Theta, el
nuevo usuario es admitido, si no, el nuevo usuario es
rechazado.
Claims (9)
1. Un método para efectuar un control de
admisión de llamadas en el enlace ascendente de un sistema de
comunicaciones dúplex por división en el tiempo, de acceso múltiple
de banda ancha por división de código, WCDMA-TDD
(Wideband Code Division Multiple Acces Time Division Duplex),
caracterizado por un controlador de red de radio que efectúa
las etapas de:
asignar unidades de recursos requeridas por un
nuevo usuario (106), a cuotas de tiempo de enlace ascendente,
basándose en la probabilidad de corte de cada cuota de tiempo
individual;
calcular una probabilidad de corte total para el
nuevo usuario (106);
determinar si la probabilidad de corte total
está por debajo de un valor predeterminado; y
admitir el nuevo usuario (106) donde la
determinación sea positiva.
2. Un método como el de la reivindicación 1, en
el que la etapa de asignar unidades de recursos es efectuada
por:
calcular una probabilidad de corte para cada
cuota de tiempo de enlace ascendente;
asignar una primera unidad de recursos a la
cuota de tiempo que tenga la menor probabilidad de corte; y
asignar subsiguientes unidades de recursos a
cuotas de tiempo, de manera que la probabilidad de corte total para
el nuevo usuario (106) sea la menor.
3. Un método como el de la reivindicación 2, en
el que se seleccionan las cuotas de tiempo de enlace ascendente que
proporcionan la menor probabilidad de corte total, basándose en cada
una de sus contribuciones individuales a la probabilidad de corte
total.
4. Un método como el de la reivindicación 2, en
el que la etapa de asignar subsiguientes unidades de recursos
comprende, también:
calcular un primer valor indicativo de la
contribución a la probabilidad de corte total, si una subsiguiente
unidad de recursos es asignada a la cuota de tiempo de enlace
ascendente identificada como la que tiene la menor probabilidad de
corte;
calcular un segundo valor indicativo de la
contribución a la probabilidad de corte total, si una subsiguiente
unidad de recursos es asignada a una cuota de tiempo de enlace
ascendente distinta de la cuota de tiempo de enlace ascendente
identificada;
continuar asignando subsiguientes unidades de
recursos a la cuota de tiempo identificada, mientras el segundo
valor no sea mayor o igual que el primer valor; y
asignar subsiguientes unidades de recursos a
cuotas de tiempo distintas de la cuota de tiempo identificada, si
el segundo valor es mayor o igual que el primer valor.
5. Un sistema para efectuar un control de
admisión de llamadas en el enlace ascendente de un sistema de
comunicaciones dúplex por división en el tiempo, de acceso múltiple
de banda ancha por división de código, WCDMA-TDD,
comprendiendo el sistema (100) un controlador (102) de red de
radio; caracterizado porque el controlador de red de radio
está adaptado para:
asignar unidades de recursos requeridas por un
nuevo usuario (106), a una pluralidad de cuotas de tiempo de enlace
ascendente, basándose en cada contribución individual de las cuotas
de tiempo a la probabilidad de corte total del nuevo usuario (106);
y
admitir el nuevo usuario donde la probabilidad
de corte total del nuevo usuario (106) esté por debajo de un valor
predeterminado.
6. Un sistema de control de admisión de llamadas
como el de la reivindicación 5, que comprende, también, un equipo
de usuario y una estación base.
7. Un sistema (100) de control de admisión de
llamadas como el de la reivindicación 5, en el que el controlador
(102) de red de radio está adaptado para:
calcular una probabilidad de corte para cada
cuota de tiempo de enlace ascendente, cada vez que un nuevo usuario
(106) intente la admisión;
asignar una primera unidad de recursos requerida
por el nuevo usuario (106), a la cuota de tiempo que tenga la menor
probabilidad de corte;
asignar subsiguientes unidades de recursos
requeridas por el nuevo usuario (106), a un grupo de cuotas de
tiempo de enlace ascendente, de manera que la probabilidad de corte
total para el nuevo usuario (106) sea la menor; y
admitir el nuevo usuario (106) si la
probabilidad de corte total está por debajo de un valor
predeterminado.
8. Un sistema (100) de control de admisión de
llamadas como el de la reivindicación 7, en el que cada cuota de
tiempo de enlace ascendente, del grupo de cuotas de tiempo de enlace
ascendente, se selecciona basándose en su contribución individual a
la probabilidad de corte total.
9. Un sistema (100) de control de admisión de
llamadas como el de la reivindicación 7, en el que el controlador
(102) de red de radio está configurado para seleccionar el grupo de
cuotas de tiempo de enlace ascendente por:
calcular un primer valor indicativo de la
contribución a la probabilidad de corte total, si una subsiguiente
unidad de recursos es asignada a la cuota de tiempo de enlace
ascendente identificada;
calcular un segundo valor indicativo de la
contribución a la probabilidad de corte total, si una subsiguiente
unidad de recursos es asignada a una cuota de tiempo de enlace
ascendente distinta de la cuota de tiempo de enlace ascendente
identificada;
continuar asignando subsiguientes unidades de
recursos a la cuota de tiempo de enlace ascendente identificada,
mientras el segundo valor no sea mayor o igual que el primer valor;
y
asignar subsiguientes unidades de recursos a una
cuota de tiempo de enlace ascendente distinta de la cuota de tiempo
de enlace ascendente identificada, si el segundo valor es mayor o
igual que el primer valor.
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