ES2296988T3 - Asignacion de canales a una estacion base considerando la calidad del servicio. - Google Patents
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Abstract
Un método para maximizar la capacidad en una red de comunicación por radio que comprende los pasos de: asignar (710) un conjunto de canales a cada estación base de la red de comunicación por radio, en el que cada estación base tenga un área de cobertura asociada; seleccionar (720) un requerimiento de calidad de servicio (QoS) para un primer grupo de servicio y un segundo grupo de servicio en cada estación base de la red de comunicación por radio; determinar (730) una cantidad de recursos de radio para el primer y el segundo grupos de servicio a fin de conseguir los respectivos requerimientos de calidad de servicio; asignar (740) los recursos de radio entre el primer y segundo grupo de servicio; calcular (760) una función de la potencia para todos los usuarios en cada área de cobertura asociada con cada estación base. caracterizado porque dicha asignación (710) de un conjunto de canales a cada estación base implica más canales de los que se pueden emplear para la comunicación debido a las interferencias en la red; dicha asignación (740) de los recursos de radio entre el primer y el segundo grupos de servicio está basada en una diferencia entre la cantidad determinada de recursos de radio para el primer y el segundo grupos de servicio, respectivamente, donde los recursos de radio se asignan por portadora dentro del primer y el segundo grupos de servicio, y donde los recursos de radio se asignan al menos desde el conjunto de canales; dicho cálculo (760) de una función de la potencia para todos los usuarios en cada área de cobertura está basado en el requerimiento de calidad de servicio (QoS) para dicho primer grupo de servicio y dicho segundo grupo de servicio; y se admiten (770) nuevos usuarios al área de cobertura asociada con una de las estaciones base si la función calculada es menor que un umbral predeterminado.
Description
Asignación de canales a una estación base
considerando la calidad del servicio.
La presente invención pertenece al campo de las
redes de comunicación por radio y, más específicamente, está
destinada a aportar redes de comunicación por radio de alta
capacidad.
A medida que aumentan tanto el número de
usuarios de las redes de comunicación por radio como la utilización
de dichas redes, existe la necesidad de incrementar la capacidad de
dichas redes. La capacidad de una red de comunicación por radio
está limitada por la cantidad de recursos asignados a las áreas
individuales de cobertura de la red, también conocidas como celdas.
La cantidad de recursos de radio viene determinada por dos
factores: el número de canales suministrados por una red de
comunicación por radio y la cantidad de interferencias en esa
red.
Cuando la capacidad de una celda en una red de
comunicación por radio está limitada por el número de canales a los
que tiene acceso, la celda se denomina limitada por canales. Se
advertirá que el número de frecuencias empleado por cualquier red
particular de comunicación por radio está limitado por las
frecuencias asignadas por los organismos competentes. El uso de ese
número limitado de frecuencias para crear canales está determinado
por la técnica de acceso particular empleada por la red de
comunicación por radio. Una conocida técnica de acceso que es
empleada por redes que operan bajo el Sistema Global para
Comunicaciones Móviles (GSM) es una combinación de Acceso múltiple
por división de Frecuencia (FDMA) y Acceso múltiple por división de
Tiempo (TDMA). La técnica de acceso FDMA/TMDA asigna canales
dividiendo cada frecuencia en un número determinado de intervalos o
ranuras de tiempo. En GSM, un canal de voz está normalmente definido
por una ranura de tiempo por trama, y cada trama comprende ocho
ranuras de tiempo. Una condición necesaria para el uso de canales en
una celda es que exista un cierto equipamiento, por ejemplo
transceptores, instalados para habilitar la transmisión y recepción
de los canales en cuestión. Por consiguiente, se observará que en un
sistema FDMA/TDMA el número de canales asignados a una celda en
concreto está limitado por el número de frecuencias asignadas a esa
celda en particular. Si todos los canales en una celda específica
han sido ya asignados, o si todos los transceptores instalados
están completamente ocupados, el acceso a la red de comunicación por
radio a través de esa celda se bloquea a cualquier usuario
adicional.
Para evitar situaciones de limitación de
canales, sería deseable permitir a todas las celdas operar en todas
las frecuencias. Sin embargo, las interferencias de celdas situadas
en una misma área limitan la posibilidad de asignar todas las
frecuencias a cada celda. Por ejemplo, dependiendo de la cantidad de
potencia empleada, las comunicaciones en una frecuencia concreta en
una celda determinada causarán interferencia tanto en las
comunicaciones en dicha frecuencia en las celdas vecinas como en
frecuencias adyacentes a la frecuencia en cuestión en la celda
determinada y en celdas vecinas. Se advertirá que las celdas se
consideran vecinas si las comunicaciones de una celda causan
interferencias en la comunicación en otra celda. Si la interferencia
causada por las comunicaciones en una frecuencia en una celda en
concreto es lo suficientemente fuerte, las comunicaciones en dicha
frecuencia o en frecuencias adyacentes en celdas vecinas pueden
cortarse dentro de la red. Incluso si la interferencia causada en
esa frecuencia o en frecuencias adyacentes en celdas vecinas no es
lo suficientemente fuerte como para cortar esa comunicación de la
red, la interferencia puede causar una degradación apreciable en la
Calidad de Servicio (QoS) de la comunicación en las celdas vecinas.
Se conoce como "situación limitada por interferencia" cuando
una celda tiene canales adicionales que asignar pero los canales en
sí contienen demasiada interferencia de otros canales o si la
asignación de estos canales adicionales va a causar demasiada
interferencia a canales que ya han sido asignados para
comunicaciones.
Para limitar la interferencia, con el propósito
de aportar una calidad de servicio suficiente, las redes de
comunicación por radio usualmente asignan diferentes porciones de
las frecuencias adjudicadas a la red de comunicación por radio a
celdas vecinas. Esto es conocido como reutilización de frecuencia.
La figura 1 ilustra un patrón de reutilización de frecuencia 1/3.
En la figura 1 todas las frecuencias asignadas a la red de
comunicación por radio se dividen entre las celdas 110, 120 y 130.
De la misma manera, todas las frecuencias asignadas a la red de
comunicación por radio se dividen entre las celdas 140, 150 y 160.
Así, las celdas 110, 120 y 130 forman un grupo de reutilización de
frecuencia que en este documento se denomina grupo A de
reutilización de frecuencia. Y de modo semejante, las celdas 140,
150 y 160 forman un grupo de reutilización de frecuencia denominado
en este documento grupo B de reutilización de frecuencias. Para
limitar la cantidad de interferencia entre grupos de reutilización
de frecuencias, el grupo de frecuencias asignado a una celda en
particular dentro de un grupo de reutilización se selecciona
tomando el más lejano del grupo de frecuencias particular utilizado
en otro grupo de reutilización. Por ejemplo, en la figura 1 a las
celdas 110 y 140, a las celdas 120 y 150 y a las celdas 130 y 160
se les asignará el mismo grupo de frecuencias, respectivamente. Sin
embargo, dividiendo el número de frecuencias entre las celdas de un
grupo de reutilización, el número de canales en cada celda está
limitado a un número inferior al total de canales que podrían
asignarse si se utilizaran todas las frecuencias en cada celda.
Otro mecanismo para limitar la interferencia es controlar la
potencia de las transmisiones entre los usuarios y la red. De esta
manera, queda claro que la potencia de transmisión puede
considerarse un componente más de la cantidad de los recursos de
radio que pueden ser asignados por la red.
Las técnicas convencionales para abordar las
situaciones de limitación por canales y por interferencia suelen
centrarse en redes en las que sólo se aporta un tipo de servicio,
por ejemplo, servicio de voz. Sin embargo, en las redes de
comunicación por radio se están incorporando día a día otros tipos
de servicios, por ejemplo datos. Un estándar para incorporar
comunicaciones de datos en una red GSM se conoce como Tasa de Datos
Mejorada para la evolución de GSM (EDGE). Una red de tercera
generación (3G) que incorpora EDGE con GSM se conoce como Red de
Acceso por Radio GSM/EDGE (GERAN). Los servicios de datos pueden
definirse por las características particulares del tipo de datos
que se transmiten, como servicios de audio streaming y video
streaming, datos puros (por ejemplo, transferencias de ficheros) y
demás. Todos estos servicios tienen diferentes requisitos para
realizar la comunicación. Los servicios de voz normalmente se
implementan en un sistema de conmutación de circuitos en el cual se
reserva un canal entero para el servicio de voz. Esto se debe a los
requerimientos de los servicios de voz de baja tolerancia al
retraso y baja tolerancia al error. Sin embargo, los servicios de
datos típicamente son más tolerantes a retrasos y a errores, y por
ello se implementan mediante conmutación de paquetes. La mayor
tolerancia a errores de los servicios de datos se debe a la
posibilidad que ofrecen estos servicios de retransmitir los datos
recibidos con error. Los requerimientos para cualquier servicio en
concreto se conocen en el campo como requerimientos QoS
(requerimientos de calidad de servicio).
Una técnica para conseguir los diferentes
requerimientos QoS para los diferentes tipos de servicio es designar
ciertas frecuencias para cada tipo diferente de servicio. Sin
embargo, esto puede derivar en una utilización muy ineficaz de los
recursos de radio. Por ejemplo, si los canales asignados para
servicios de datos no están a pleno rendimiento mientras los
canales asignados para servicios de voz sí lo están, los canales no
utilizados asignados para servicios de datos constituyen un
desaprovechamiento de recursos de radio que podrían usarse para los
servicios de voz.
Un intento de incrementar la capacidad
cumpliendo los requerimientos QoS en GERAN se conoce como Asignación
Dinámica de Frecuencias y Canales (DFCA). En la Asignación Dinámica
de Frecuencias y Canales (DFCA), la asignación dinámica de canales
se realiza en un intento de mantener los diferentes requerimientos
QoS para cada servicio. La asignación dinámica de canales se basa
en mediciones dinámicas, estadísticas y predicción. Sin embargo, la
Asignación Dinámica de Frecuencias y Canales (DFCA) tiene como
resultado un alto grado de complejidad a la hora de mejorar la
capacidad de la red debido a que las reasignaciones de canales deben
realizarse frecuentemente. Además, la Asignación Dinámica de
Frecuencias y Canales (DFCA) se basa en continuas mediciones de la
calidad de radio actual, que deben ser procesadas dentro de la red
de comunicaciones por radio. Estas continuas mediciones deben ser
combinadas con estadísticas a largo plazo para realizar predicciones
sobre el canal más apropiado para cada usuario que debe utilizar la
red. Para evitar una sobrecarga del sistema se utiliza una técnica
de "control suave de admisión" en la que los usuarios no son
admitidos en el sistema si el canal de radio requerido no puede ser
suministrado. Además la Asignación Dinámica de Frecuencias y Canales
(DFCA) excluye la posibilidad de que diferentes servicios con
diferentes requerimientos QoS compartan el mismo canal, es decir,
acceso de paquetes conmutados para diferentes requerimientos
QoS.
En consecuencia, sería deseable incrementar la
capacidad de una red de comunicación por radio en vista de las
limitaciones de canal e interferencias que se presentan al tratar de
incrementar la capacidad. Sería también deseable conseguir este
incremento de capacidad en redes de comunicación por radio que
soportan una variedad de servicios. Asimismo, sería deseable
incrementar la capacidad de la red manteniendo al mismo tiempo los
requerimientos QoS para cada servicio. Sería también deseable
incrementar la capacidad de la red sin incrementar la complejidad
de planificación de la red. Además, sería deseable incrementar la
capacidad de la red asegurando al mismo tiempo que las técnicas
utilizadas no impidan la introducción y utilización de futuras
mejoras.
Un método para optimizar la capacidad de un
sistema CDMA se conoce ya por la patente US 6.128.500. El objetivo
de este método ya conocido es superar los problemas con la cobertura
contigua en un sistema CDMA en el que el área de cobertura de las
diferentes celdas es fija, y en el que la carga se distribuye de
manera uniforme. El método calcula la frontera efectiva para cada
una de la pluralidad de celdas que minimiza la suma efectiva de las
potencias recibidas en estaciones base seleccionadas.
La presente invención pretende maximizar la
capacidad de una red de comunicación por radio sin necesidad de
calcular las fronteras de las celdas.
La presente invención aporta métodos y aparatos
para crear una red de comunicación por radio de alta capacidad. La
red utiliza una técnica de reutilización de baja frecuencia entre
celdas. La técnica de reutilización se selecciona de tal manera que
la asignación de canales en cada celda convierte a la red en
limitada por interferencias. La técnica de reutilización que se
utiliza es la Planificación de Carga Fraccionaria (Fractional
Load Planning, FLP) que puede extenderse hasta capacidades
extremas mediante la Asignación de Canales Jerarquizada (Channel
Allocation Tiering, CHAT). Los recursos de radio en cada celda
se asignan utilizando una técnica de Ajuste de Potencia Basado en
el Servicio (SBPS) de tal manera que la capacidad de la red es
maximizada al tiempo que se permite a cada grupo de servicio
cumplir sus requerimientos exigidos de calidad de servicio (QoS).
Para limitar la interferencia en la red, manteniendo así y
controlando el nivel de QoS para usuarios ya admitidos, se emplea
una técnica de Control de Admisión Basada en Potencia (PBAC) para
controlar la admisión de nuevos usuarios a la red.
Los objetos y las ventajas de la invención se
entenderán al leer la siguiente descripción detallada conjuntamente
con las ilustraciones, en las que:
La Figura 1 ilustra una red de comunicación por
radio convencional;
la Figura 2 ilustra el porcentaje de usuarios
satisfechos frente al porcentaje de carga de frecuencia para una
red GSM que emplea una variedad de mejoras a nivel de enlace;
la Figura 3 ilustra la capacidad de voz frente a
la capacidad de datos interactivos para recursos aislados, sin un
desfase fijo de potencia, y una variedad de desfases fijos de
potencia entre los servicios de voz y datos;
la Figura 4A ilustra la capacidad de un tipo de
grupo de servicio frente a un segundo tipo de servicio de grupo sin
prioridad establecida;
la Figura 4B ilustra la capacidad de un tipo de
servicio de grupo frente a un segundo tipo de grupo de servicio con
prioridad establecida;
la Figura 5 ilustra la carga máxima frente a la
fracción de usuarios de voz para el Control de Admisión Basado en
Potencia (PBAC) y para el control de admisión basado en
usuarios;
la Figura 6A ilustra la fracción de usuarios
admitidos satisfechos frente la carga total ofrecida normalizada
para redes sin control de admisión, con Control de Admisión Basado
en Potencia (PBAC) y con control de admisión basado en
usuarios;
la Figura 6B ilustra la tasa de bloqueo frente a
la carga ofrecida total normalizada para redes sin control de
admisión, con Control de Admisión Basado en Potencia (PBAC) y con
control de admisión basado en usuarios; y
la Figura 7 ilustra un método para aportar una
red de alta capacidad de acuerdo con ejemplos de realización de la
presente invención.
En la siguiente descripción, con fines de
explicación y no de limitación, se exponen detalles específicos a
fin de aportar una comprensión completa de la presente invención.
Sin embargo, será evidente para los expertos en la técnica que la
presente invención puede practicarse en otros ejemplos de
realización que se alejan de estos detalles específicos. En algunos
casos, se omiten descripciones detalladas de métodos, instrumentos
y circuitos ya conocidos para no interferir en la descripción de la
presente invención.
Para conseguir una red de alta capacidad, la
presente invención emplea una combinación de técnicas.
Específicamente, la presente invención emplea una combinación de
reutilización de frecuencia ajustada con Planificación de Carga
Fraccionaria/Asignación de Canales Jerarquizada (FLP/CHAT), Ajuste
de Potencia Basado en el Servicio (SBPS) y Control de Admisión
Basado en Potencia (PBAC). A pesar de que existen diferentes
técnicas individuales para incrementar la capacidad de una red, los
Solicitantes han comprobado que esta combinación de reutilización
de frecuencia ajustada con FLP/CHAT, SBPS y PBAC muestra propiedades
sinérgicas. Específicamente, con FLP, opcionalmente ampliado con
CHAT, es posible garantizar siempre un funcionamiento con
interferencia limitada, en el que SBPS y PBAC trabajan en su
entorno más ventajoso.
Para conseguir una eficiencia espectral total
maximizada en el uso del espectro de frecuencia asignado es
deseable emplear una reutilización de frecuencia estrechamente
ajustada, es decir, que muchas o todas las frecuencias asignadas a
una red de comunicación por radio se empleen en todas las celdas. La
presente invención emplea Planificación de Carga Fraccionaria (FLP)
que puede opcionalmente ampliarse hasta capacidades extremas
mediante Asignación de Canales Jerarquizada (CHAT), combinación que
en adelante se denominará FLP/CHAT en este documento. En
Planificación de Carga Fraccionaria (FLP) un patrón de reutilización
ajustado, por ejemplo reutilización-1 se emplea
para los canales de tráfico de toda una red de comunicación por
radio. Para aportar una calidad de radio aceptable en los canales
de tráfico, en cada celda se utiliza menos del 100% de las
frecuencias asignadas, por eso la planificación de la carga se
denomina fraccionaria. Una carga fraccionaria máxima menor del 100%
típicamente se garantiza con la instalación de menos transceptores
que frecuencias asignadas en cada celda. Incrementando el número de
transceptores y/o frecuencias asignados por celda, pueden hacerse
disponibles más recursos. Sin embargo, si aumenta la proporción de
transceptores respecto a frecuencias, existe mayor posibilidad de
interferencias en la red.
Para maximizar la diversidad de interferencias
y, de esta manera, mejorar el rendimiento, se utiliza la conmutación
aleatoria de frecuencias, preferiblemente sobre un gran número de
frecuencias. La conmutación de frecuencia puede, opcionalmente,
mejorarse empleando conmutación MAIO (Mobile Allocation Index
Offset, o índice offset de localización móvil) para asegurar
plena diversidad de interferencias entre canales adyacentes dentro
de una misma celda y entre celdas. La conmutación de frecuencia
aleatoria distribuye estadísticamente la interferencia entre todos
los usuarios por igual y, por lo tanto, se puede decir que todos los
usuarios experimentan el mismo nivel de interferencia. Si se
utiliza un patrón de reutilización-1 en la red, en
celdas próximas se emplearán diferentes patrones de conmutación de
frecuencia. Si se utiliza en la red un patrón de
reutilización-menor que 1 mediante CHAT, en los
diferentes niveles de canal de cada celda se emplearán diferentes
patrones de conmutación de frecuencia.
Se apreciará que las mejoras a nivel de enlace
pueden hacer que incluso redes de reutilización-1,
como redes con Planificación de Carga Fraccionaria (FLP), queden
limitadas por bloqueo en un futuro próximo. La figura 2 ilustra
este fenómeno. Específicamente, la figura 2 es un gráfico del
porcentaje de usuarios satisfechos en el enlace descendente frente
al porcentaje de carga de frecuencia con varias mejoras a nivel de
enlace. La línea continua con marcas discontinuas representa el
rendimiento del enlace descendente con el códec de voz Enhanced
Full Rate (EFR); la línea discontinua marcada con "X" ilustra
el rendimiento del enlace descendente con el códec de voz MR59; la
línea discontinua con rombos representa el rendimiento del enlace
descendente cuando se utiliza MR59 junto con Rechazo de
interferencias de antena simple (Single Antenna Interference
Rejection, o SAIR) en los receptores de enlace descendente; y la
línea continua con círculos representa el rendimiento del enlace
descendente cuando se emplean MR59, SAIR y antenas adaptativas (AA).
La línea vertical de la figura 2 representa la carga de frecuencia
en la cual se alcanza la máxima probabilidad de bloqueo aceptable,
en este caso 2%.
Tal y como se ilustra en la figura 2, empleando
únicamente EFR el porcentaje de usuarios satisfechos en el enlace
descendente disminuye bastante rápidamente a medida que se
incrementa la carga de frecuencias. Con cada mejora adicional a
nivel de enlace, el número de usuarios satisfechos se mantiene alto
durante más tiempo a medida que aumenta la carga de frecuencias.
Con la combinación de MR59, SAIR y antenas adaptativas (AA), el
porcentaje de usuarios satisfechos con la descarga se mantiene
relativamente alto para altas cargas de frecuencias hasta el punto
que la carga límite de bloqueo se alcanza con aproximadamente el 98%
de usuarios satisfechos. Teniendo en cuenta que un requisito típico
de rendimiento en una red celular puede ser que el 95% de los
usuarios deben recibir una calidad satisfactoria, queda claro que,
en términos de interferencia, podrían admitirse más usuarios en la
red si hubiera canales disponibles. Si no hay canales disponibles,
las redes que emplean esta combinación de mejoras a nivel de enlace
estarán limitadas por canales y no limitadas por interferencia.
Para superar esta situación de limitación por canales, la presente
invención emplea Asignación de Canales Jerarquizada (CHAT).
La Asignación de Canales Jerarquizada (CHAT)
extiende la Planificación de Carga Fraccionaria (FLP) a una
reutilización de frecuencias aun más estrechamente ajustada que
reutilización-1, es decir, una reutilización menor
que 1 en la que se reutilizan frecuencias dentro de una misma
celda. Para conseguir una reutilización de frecuencias menor que 1,
la Asignación de Canales Jerarquizada (CHAT) divide los recursos de
transceptor de una celda en grupos, los denominados niveles de
canal, que de manera parcial o total comparten los mismos recursos
de radio, es decir frecuencias, asignados a la celda. Para
minimizar la interferencia entre niveles de canal, en la presente
invención se utilizan conmutación de frecuencias, antenas
adaptativas, receptores supresores de interferencias y/o imposición
de silencio. Para más información respecto a la Asignación de
Canales Jerarquizada (CHAT), el lector interesado debe dirigirse a
la patente US 6.882.847B2 titulada "Fractional Reuse Through
Channel Tiering" y publicada a fecha 19/04/2005.
Empleando la combinación FLP/CHAT, la
interferencia experimentada por cada usuario es estadísticamente la
misma y, de esa manera, los niveles de la relación
portadora-interferencia (C/I) se asignan según la
intensidad C de la señal recibida. Esto es ideal para los
algoritmos de gestión de recursos de radio tales como el de Ajuste
de Potencia Basado en el Servicio (SBPS) y el Control de Admisión
Basado en Potencia (PBAC) descrito más adelante. Adicionalmente, y
teniendo en cuenta que la calidad para un usuario en particular
viene determinada por la relación C/I, cualquier mejora en el
rendimiento o beneficio a nivel de enlace, por ejemplo, empleando
moduladores de voz adaptativos de velocidad múltiple (AMR), rechazo
de interferencias combinado (IRC) o SAIR, puede traducirse
directamente en una mejora de capacidad para la red de comunicación.
La mejora del enlace C/I significa que se puede tolerar un mayor
nivel de interferencia en los receptores, lo que a su vez permite
admitir un mayor número de usuarios en la red conservando la calidad
de servicio QoS. Dado que la red no está limitada por canales, el
resultado directo es una mejora en la capacidad del sistema.
Dado que la interferencia experimentada por cada
usuario es estadísticamente la misma, se entiende que la
interferencia experimentada por cada grupo de servicio va a ser
igual. Dado que la distribución de C/I para cada grupo de servicio
será determinada por la intensidad C de la señal recibida, que a su
vez viene determinada por la potencia de salida y el entorno de
radio, sería deseable emplear el Ajuste de Potencia Basado en el
Servicio (SBPS) para maximizar la capacidad (al menos si usuarios de
diferentes servicios están distribuidos de una manera similar). El
Ajuste de Potencia Basado en el Servicio (SBPS) está diseñado para
aportar la mayor carga de tráfico que puede ser soportada al tiempo
que mantiene una suficiente calidad de servicio (QoS) para todos
los grupos de servicio. Esto se consigue balanceando los recursos de
potencia disponibles entre grupos de servicio de tal manera que los
requerimientos de QoS de los diferentes grupos de servicio se
alcanzan de manera simultánea. Debe observarse que el Ajuste de
Potencia Basado en el Servicio (SBPS) no ajusta la intensidad de la
señal recibida a ningún valor deseado predeterminado, sino que en
vez de eso proporciona una intensidad C (o C/I) estadísticamente
segura al grupo de servicio completo empleando un desfase de
potencia para el grupo de servicio completo. Este desfase de
potencia utilizado por el Ajuste de Potencia Basado en el Servicio
(SBPS) puede aplicarse tanto a servicios de potencia fija como a
servicios de potencia regulada dinámicamente. En el caso de
potencia regulada dinámicamente, el desfase es aplicado a la máxima
potencia. Por ejemplo, el Ajuste de Potencia Basado en el Servicio
(SBPS) puede proveer un desfase de potencia de 4 dB entre un grupo
de servicio de voz con potencia regulada y un grupo de servicio de
datos de potencia fija. Por consiguiente, la potencia máxima de las
estaciones móviles individuales en el grupo de servicio de voz se
basará a partir de este desfase de 4 dB.
La figura 3 ilustra la aplicación del Ajuste de
Potencia Basado en el Servicio (SBPS) en una red que soporta un
grupo de servicio de voz y un grupo de servicio de datos.
Específicamente, la figura 3 representa la capacidad de datos
interactivos frente a la capacidad de voz con diversas asignaciones
de recursos de radio entre los grupos de servicio de voz y de
datos. En la figura 3 una línea continua con círculos claros
representa una situación sin desfase de potencia entre los grupos
de servicio de voz y los de datos; una línea continua con círculos
sombreados representa un desfase de potencia de 3dB entre los grupos
de servicio de voz y de datos; una línea discontinua con círculos
claros representa un desfase de potencia de 6dB entre los grupos de
servicio de voz y de datos; una línea discontinua con círculos
sombreados representa un desfase de potencia de 9dB entre los
grupos de servicio de voz y de datos; y una línea continua con
rombos a lo largo de la curva representa cuando los grupos de
servicio de voz y de datos utilizan recursos separados, es decir
aislados.
En una red que soporta voz por circuitos
conmutados combinada con usuarios interactivos por paquetes
conmutados con un requerimiento de 10 Kbps/ranura de tiempo, un
desfase de potencia de 6dB entre los grupos de servicio de voz y de
datos maximiza la capacidad de la red. Como se ilustra por la curva
que representa la asignación de recursos aislados entre los grupos
de servicio de voz y de datos, la capacidad de la red será menor que
la proporcionada con el desfase de potencia de 6dB que se obtiene
utilizando el Ajuste de Potencia Basado en el Servicio (SBPS).
Es necesario observar que puede no ser posible
conseguir un funcionamiento limitado por interferencia para todas
las combinaciones posibles de servicios empleando un desfase de
potencia fijo entre grupos de servicio mediante el Ajuste de
Potencia Basado en el Servicio (SBPS). La figura 4A es un gráfico
que ilustra la capacidad de un grupo de servicio con un nivel
prioritario, Prioridad 1, frente a la capacidad para un segundo
grupo de servicio con un nivel de prioridad diferente, Prioridad 2.
Específicamente, el grupo de servicio Prioridad 1 es un grupo de
servicio de conmutación de paquetes con un requerimiento de 20
kbps/TS, mientras que el grupo de servicio Prioridad 2 es un grupo
de servicio de conmutación de paquetes con un requerimiento de 10
kbps/TS.
En la figura 4A la línea continua con círculos
alrededor representa un desfase de potencia de 0 dB entre los
grupos de servicio Prioridad 1 y Prioridad 2; la línea continua con
triángulos alrededor representa un desfase de potencia de 2 dB
entre los grupos de servicio Prioridad 1 y Prioridad 2; la línea
continua con cuadrados alrededor representa un desfase de potencia
de 4 dB entre los grupos de servicio Prioridad 1 y Prioridad 2; y
la línea continua con marcas diagonales representa un desfase de
potencia de 6 dB entre los grupos de servicio Prioridad 1 y
Prioridad 2.
Como se ilustra en la figura 4A, la mayor
capacidad para la red se consigue cuando se utiliza bien un desfase
de potencia de 4 dB o bien de 6 dB entre los grupos de servicio
Prioridad 1 y Prioridad 2. Sin embargo, tal y como se indica en la
figura 4A, cuando se utiliza un desfase de potencia de 4 dB entre
los grupos de servicio, existirán situaciones en las que el grupo
de servicio Prioridad 1 estará limitado por canales. Por otro lado,
cuando se utilice un desfase de potencia de 6 dB entre los grupos de
servicio, habrá situaciones en las cuales el grupo de servicio
Prioridad 2 estará limitado por interferencia. En consecuencia, para
conseguir la mayor capacidad para la red para estos dos grupos de
servicio sería necesario emplear diferentes desfases de potencia
entre los grupos de servicio según la capacidad de los dos grupos de
servicio. Sin embargo, aportar diferentes desfases entre grupos de
servicio según la capacidad de los grupos de servicio complicaría
innecesariamente la red.
Para conseguir un desfase fijo entre dos grupos
de servicio independientemente de la capacidad de cada grupo de
servicio, la presente invención puede emplear planificación y/o
planes de reserva de canales para dar prioridad a grupos de
usuarios específicos. La figura 4B es un gráfico que ilustra la
capacidad del grupo de servicio Prioridad 1 frente a la capacidad
del grupo de servicio Prioridad 2 en una red que emplea
planificación de prioridad. Se advertirá que la planificación de
prioridad implica que múltiples usuarios compartan el mismo canal,
por ejemplo una ranura de tiempo, de forma que uno o más usuarios
tengan una prioridad más alta que otros usuarios y puedan utilizar
el canal más a menudo. Se advertirá también que la reserva de
canales se utiliza para distribuir diferentes usuarios en los
canales, es decir, para tomar la decisión de qué canales pueden ser
utilizados y, posiblemente, compartidos. Los desfases de potencia se
representan con la misma notación que la descrita anteriormente en
relación con la figura 4A. Como se ilustra en la figura 4B, con
planificación de prioridad un desfase de potencia de 4 dB entre el
grupo de servicio Prioridad 1 y el grupo de servicio Prioridad 2
supone el uso más eficiente de la capacidad de la red
independientemente de la combinación de servicio entre los grupos
de servicio Prioridad 1 y Prioridad 2. Para más información
referente al Ajuste de Potencia Basado en el Servicio (SBPS), el
lector interesado puede referirse a la solicitud de patente US
publicada el 01/01/2002 con el número US 2002/0102984A1 "Method
and Apparatus for Controlling Quality of Service for Multiple
Services Through Power Setting".
Se debe apreciar que en redes limitadas por la
interferencia, cuando la carga de tráfico excede la capacidad de la
red, la calidad del usuario se degrada hasta niveles inaceptables.
Se apreciará que, dado que la presente invención se dirige a
escenarios limitados por interferencia antes que a escenarios
limitados por canales, típicamente hay canales adicionales
disponibles cuando se supera la capacidad de la red para
interferencias. Para evitar estas situaciones de sobrecarga, la
presente invención emplea un plan de control de admisiones que
limita la carga de tráfico admitida a niveles que proporcionen una
calidad aceptable para los usuarios admitidos. Los planes de
control de admisión convencionales están basados a menudo en la
admisión de un número máximo de usuarios. Aunque estos planes de
control de admisión pueden ser aceptables para una red que soporta
únicamente un solo tipo de servicio, por ejemplo, servicios de voz
por conmutación de circuitos, estos planes de control de admisión
no maximizan la capacidad de la red en redes que soportan múltiples
servicios.
Específicamente, en una red que soporta
múltiples servicios, usuarios de diferentes servicios generan
diferentes cantidades de interferencia, y el número de usuarios que
pueden ser soportados varía con la mezcla de servicios. En
consecuencia, un plan de control de admisión basado en un número de
usuarios admitidos puede admitir demasiados usuarios, o demasiado
pocos, debido a la cantidad variable de interferencia causada por
los diferentes grupos de servicio.
Para superar las deficiencias de los planes de
control de admisión basados en un número de usuarios admitidos, la
presente invención emplea un esquema de Control de Admisión Basado
en Potencia (PBAC). El esquema de Control de Admisión Basado en
Potencia (PBAC) de la presente invención admitirá nuevos usuarios en
la celda, o en un nivel de canal de la celda, únicamente si una
función de la potencia total empleada en ese momento en la celda, o
en el nivel de canal, más una función de la potencia que sería
empleada por el nuevo usuario no excede un umbral predeterminado.
El umbral predeterminado representa una función de la cantidad total
de potencia usada en una celda, o en un nivel de canal, por encima
de la cual se generaría demasiada interferencia en la celda, o en
el nivel de canal, de forma que la calidad de servicio QoS de las
comunicaciones dentro de la celda o del nivel de canal, o en otras
celdas o niveles de canal, queda por debajo de un nivel
aceptable.
La figura 5 es un gráfico que ilustra la
fracción de usuarios de voz frente a la carga máxima de una red que
emplea control de admisión en base al número de usuarios admitidos,
en la cual usuarios de servicios de voz y usuarios de servicios de
datos cuentan de igual manera, y una red que emplea control de
admisión basado en la potencia empleada por los grupos de servicio,
en la cual la potencia empleada por los grupos de servicio se mide
según la cantidad real de potencia asignada a los grupos de
servicio. Como se ilustra en la figura 5, con igualdad de peso de
usuarios, la carga máxima de la red variará según la mezcla de
servicio. En este caso, esta variación se debe a la capacidad de
esta red para sostener cargas sólo de datos más altas que una carga
de sólo voz. Sin embargo, cuando los usuarios se ponderan en base a
su potencia de salida al determinar la carga de la red, la medida
de carga resultante es en gran parte independiente de la mezcla de
servicio.
A continuación se describe una ilustración
adicional de las ventajas del Control de Admisión Basado en Potencia
(PBAC) en relación con las figuras 6A y 6B. Las figuras 6A y 6B
ilustran respectivamente la fracción de usuarios admitidos
satisfechos y la cantidad de bloqueo frente a la carga total
ofrecida normalizada. La carga ofrecida normalizada (NOL) se define
como:
NOL = v/V +
d/D
donde v y d son las cargas
ofrecidas de tráfico de voz y de datos, respectivamente, y V y D son
las máximas cargas sostenibles para tráfico de voz y de datos para
mantener una calidad aceptable en redes de un solo servicio. Una
red que preserva capacidades relativas en redes de servicio mixto
tiene un límite de capacidad de NOL=1, y por tanto, se advertirá
que cuando NOL=2 se requiere al menos un 50% de bloqueo a fin de
preservar una calidad aceptable para los usuarios
admitidos.
En las figuras 6A y 6B las líneas delgadas con
signos de adición a lo largo representan servicios de voz mientras
que las líneas gruesas con círculos representan servicios de datos.
Específicamente, la línea continua delgada con signos de adición, y
la línea gruesa con círculos, representan servicios de voz y datos
en una red sin control de admisión (No AC), respectivamente; la
línea continua fina con signos dobles de adición y la línea
continua gruesa con círculos sombreados representan servicios de voz
y servicios de datos en una red con control de admisión basado en
la potencia (Power-based AC), respectivamente; y la
línea discontinua fina con signos de adición, y la línea
discontinua gruesa con círculos abiertos, representan servicios de
voz y servicios de datos en una red con control de admisión basado
en usuarios (User-based AC), es decir, control de
admisión basado en el número de usuarios, respectivamente. Como se
ilustra en la figura 6A, el Control de Admisión Basado en la
Potencia (Power-based AC) proporciona una mayor
fracción de usuarios satisfechos puesto que la carga ofrecida total
normalizada aumenta en comparación con una red que no emplea control
de admisión (No AC). Sin embargo, una red con control de admisión
basado en usuarios proporcionará una fracción más alta de usuarios
admitidos satisfechos en comparación con una red con Control de
Admisión Basado en la Potencia (Power-based
AC).
En referencia ahora a la figura 6B, la admisión
basada en usuarios tiene un índice de bloqueo superior en
comparación con una red con Control de Admisión Basado en la
Potencia (Power-based AC), ya que la carga ofrecida
total normalizada se incrementa. Comparando las figuras 6A y 6B
puede observarse que esta fracción más alta de usuarios satisfechos
conseguida por una red con control de admisión basado en usuarios
(User-based AC) se obtiene al coste de un índice de
bloqueo mayor en comparación con una red con Control de Admisión
Basado en la Potencia (Power-based AC). Este mayor
índice de bloqueo del control de admisión basado en usuarios
(User-based AC) se debe a la necesidad de
dimensionar esta red para que pueda responder ante el peor caso de
potencia de salida de cualquiera de los grupos de servicio, con lo
que debe sobreestimar la interferencia real causada por un usuario
en particular. Adicionalmente, el menor índice de bloqueo de una red
con Control de Admisión Basado en Potencia (PBAC) todavía puede
obtener el 95% requerido de usuarios de voz satisfechos y el 90% de
usuarios de datos satisfechos con una carga ofrecida total
normalizada varias veces mayor que 1.
Nótese que mediante el uso de diferentes
umbrales de potencia, el PBAC puede ser parametrizado para cualquier
fracción elegida de usuarios satisfechos. Para más información
referente al Ajuste de Potencia Basado en el Servicio (SBPS) y el
Control de Admisión Basado en Potencia (PBAC), el lector interesado
puede referirse a la solicitud de patente US 2002/0102983A1,
titulada "Method and Apparatus for Controlling Quality of Service
for Multiple Services Through Power Setting" y publicada a fecha
del 1 de agosto de 2002.
Ahora que se ha presentado una introducción de
los componentes ejemplares de la presente invención, se presentará
una descripción de la implementación de estos componentes en una red
de comunicación por radio, en relación con la figura 7.
Inicialmente, la red asigna los canales a todas las celdas de la red
(paso 710). Esta asignación incluirá las técnicas FLP/CHAT de baja
reutilización de frecuencias, y según un ejemplo de realización de
la presente invención esta asignación resultará en que todas las
frecuencias estarán disponibles para su asignación por la red,
después de la asignación de frecuencias al Canal de Control de
Transmisión (BCCH), en forma de canales de tráfico para ser
asignados en cada celda o nivel de canal. Dado que la presente
invención está diseñada para producir una red limitada por la
interferencia y no una red limitada por canales, la asignación de
canales es realizada de tal manera que se asignan a cada estación
base más canales de los que pueden emplearse debido a la
interferencia en la red. Un experto en la técnica sabrá cómo asignar
canales para hacer un sistema limitado por la interferencia, por
ejemplo, empleando un programa de modelado por ordenador. Una vez
que los canales han sido asignados, se selecciona en cada celda una
calidad de servicio QoS para cada grupo de servicio (paso 720). Se
determina una cantidad de recursos de radio requeridos para que cada
grupo de servicio de cada celda pueda conseguir la calidad de
servicio seleccionada, de tal manera que todos los grupos de
servicio consigan su respectiva calidad de servicio (paso 730). A
continuación se asignan los recursos de radio en base a la
diferencia entre las cantidades de recursos de radio determinadas
(paso 740). La asignación de recursos de radio se realiza
proporcionando un desfase de potencia fijo entre grupos de servicios
tal como se describe anteriormente. Los pasos
720-740 representan la técnica de Ajuste de Potencia
Basado en el Servicio (SBPS) descrita anteriormente.
A continuación se determina un nivel umbral de
una función de la potencia total (paso 750). El nivel umbral se
fija de tal manera que si el umbral fuera excedido, los usuarios
admitidos sufrirían una degradación inaceptable en la calidad de
servicio. Se determina una función de la potencia empleada
actualmente por usuarios admitidos en la celda (paso 760). A
continuación se admiten nuevos usuarios en base a la función
determinada de la potencia empleada por usuarios admitidos y el
nivel umbral de potencia determinado (paso 770). Los pasos
750-770 representan la técnica de Control de
Admisión Basado en Potencia (PBAC) descrita anteriormente.
Se debe apreciar que la combinación de
reutilización de frecuencias ajustada, SBPS y PBAC se selecciona
debido a la comprobación por parte de los Solicitantes de que estas
técnicas muestran propiedades sinérgicas. Específicamente, con FLP,
opcionalmente ampliado con CHAT, es posible garantizar siempre
operaciones de interferencia limitada, en las cuales SBPS y PBAC
trabajan en su entorno más ventajoso. Sin embargo, muchas técnicas
para incrementar la capacidad de la red son típicamente no
aditivas. Por ejemplo, una combinación de FLP/CHAT, SBPS y control
de admisión basado en usuarios no consigue la eficiencia espectral
requerida para conseguir la alta capacidad de red de la presente
invención, porque el control de admisión basado en usuarios depende
de la mezcla de servicios y las redes deben ser dimensionadas con
prudencia para poder responder en el peor caso de mezcla de
servicios.
Aunque la presente invención se ha descrito en
relación con una redes GSM/EDGE que comunica utilizando una técnica
de acceso FDMA/TDMA, la presente invención puede ser aplicable a
otros tipos de redes de comunicación por radio y otros tipos de
técnicas de acceso.
La invención ha sido descrita aquí en referencia
a ejemplos de realización particulares. Sin embargo, será evidente
para los expertos en la técnica que puede ser posible aplicar la
invención en formas específicas diferentes a las descritas
anteriormente. Los ejemplos de realización descritos anteriormente
son simplemente ilustrativos y no deben considerarse restrictivos
en modo alguno. El alcance de la invención viene dictado por las
reivindicaciones adjuntas, más que por la descripción precedente, y
se pretende que incluya todas las variaciones y equivalentes que
entren en el ámbito de las reivindicaciones.
Claims (20)
1. Un método para maximizar la capacidad en una
red de comunicación por radio que comprende los pasos de:
asignar (710) un conjunto de canales a cada
estación base de la red de comunicación por radio, en el que cada
estación base tenga un área de cobertura asociada;
seleccionar (720) un requerimiento de calidad de
servicio (QoS) para un primer grupo de servicio y un segundo grupo
de servicio en cada estación base de la red de comunicación por
radio;
determinar (730) una cantidad de recursos de
radio para el primer y el segundo grupos de servicio a fin de
conseguir los respectivos requerimientos de calidad de servicio;
asignar (740) los recursos de radio entre el
primer y segundo grupo de servicio;
calcular (760) una función de la potencia para
todos los usuarios en cada área de cobertura asociada con cada
estación base.
caracterizado porque
dicha asignación (710) de un conjunto de canales
a cada estación base implica más canales de los que se pueden
emplear para la comunicación debido a las interferencias en la
red;
dicha asignación (740) de los recursos de radio
entre el primer y el segundo grupos de servicio está basada en una
diferencia entre la cantidad determinada de recursos de radio para
el primer y el segundo grupos de servicio, respectivamente, donde
los recursos de radio se asignan por portadora dentro del primer y
el segundo grupos de servicio, y donde los recursos de radio se
asignan al menos desde el conjunto de canales;
dicho cálculo (760) de una función de la
potencia para todos los usuarios en cada área de cobertura está
basado en el requerimiento de calidad de servicio (QoS) para dicho
primer grupo de servicio y dicho segundo grupo de servicio; y
se admiten (770) nuevos usuarios al área de
cobertura asociada con una de las estaciones base si la función
calculada es menor que un umbral predeterminado.
2. El método de la reivindicación 1, en el que
los canales comprenden una combinación de al menos una frecuencia y
al menos una ranura de tiempo.
3. El método de la reivindicación 2,
comprendiendo además los pasos de:
comunicar entre las estaciones base de cada
grupo y los usuarios de las mismas usando secuencias de salto de
frecuencia a través del mismo conjunto de frecuencias.
4. El método de la reivindicación 3, en el que
las secuencias de salto de frecuencia para estaciones base vecinas
en cada grupo son diferentes.
5. El método de la reivindicación 4, en el que
las estaciones base de cada grupo se consideran vecinas si sus
comunicaciones resultan en más que una cantidad predeterminada de
interferencia entre las mismas.
6. El método de la reivindicación 1, en la que
cada estación base incluye un primer transceptor y una primera
antena asociados con un primer nivel de canal, y un segundo
transceptor y una segunda antena asociados con un segundo nivel de
canal, en el que el primer y segundo transceptores comparten total o
parcialmente el mismo conjunto de canales.
7. El método de la reivindicación 6, en el que
cada canal comprende al menos una frecuencia y al menos una ranura
de tiempo, y en el cual el primer y segundo transceptores comunican
usando diferentes secuencias de salto de frecuencia.
8. El método de la reivindicación 1, incluyendo
además los pasos de:
dividir los recursos del transceptor de cada
estación base en niveles de canal, donde cada nivel de canal
comparte total o parcialmente los mismos recursos de radio, con lo
cual la cantidad de recursos de radio asignados entre el primer y
el segundo grupo de servicio se incrementa por la división de los
recursos de transceptor.
9. El método de la reivindicación 1, en el que
la red emplea planificación de prioridad para permitir a los
usuarios de cada grupo de servicio, ya admitidos en el área de
cobertura, acceso a los canales.
\newpage
10. El método de la reivindicación 1, en el que
los recursos de radio asignados comprenden además potencia de
transmisión.
11. El método de la reivindicación 1, en el que
los canales asignados en dicho paso de asignación son canales de
tráfico y se asignan de tal manera que la red es limitada por la
interferencia.
12. El método de la reivindicación 11, en el que
dichos recursos de radio en una cantidad de potencia se asignan al
menos desde el conjunto de canales, incluyendo los pasos adicionales
de
calcular la cantidad total de recursos de radio
empleados por el primer y el segundo grupo de servicio; y
asignar recursos de radio para un nuevo usuario
en la red de comunicación por radio si la cantidad total de
recursos de radio es menor que un umbral predeterminado.
13. El método de la reivindicación 12, en el que
cada canal comprende al menos una frecuencia y al menos una ranura
de tiempo.
14. El método de la reivindicación 12,
comprendiendo además los pasos de:
comunicar entre las estaciones base y los
usuarios de la red de comunicación por radio usando secuencias de
salto de frecuencia a través del mismo conjunto de frecuencias.
15. El método de la reivindicación 14, en el que
la secuencia de salto de frecuencia para las estaciones base
vecinas es diferente.
16. El método de la reivindicación 15, en el que
las estaciones son vecinas si sus comunicaciones resultan en más
que una cantidad predeterminada de interferencia entre las
mismas.
17. El método de la reivindicación 12,
comprendiendo además los pasos de:
dividir los recursos de transceptor de cada
estación base en niveles de canal, donde cada nivel de canal
comparte total o parcialmente los mismos recursos de radio, con lo
que la cantidad de recursos de radio asignados entre el primer y
segundo grupo de servicio es incrementada por la división de los
recursos de transceptor.
18. Un método según la reivindicación 1, en el
que dicha área de cobertura es un nivel de canal, en el que
se calcula una función de la potencia para todos
los usuarios en cada nivel de canal; y
se admiten nuevos usuarios en cada sector si la
función calculada es menor que un umbral predeterminado.
19. El método de la reivindicación 18,
comprendiendo además los pasos de:
comunicar entre la estación base y los usuarios
de la red de comunicación por radio usando secuencias de salto de
frecuencia a través del mismo conjunto de frecuencias.
20. El método de la reivindicación 19, en el que
la secuencia de salto de frecuencia para cada nivel de canal de la
estación base es diferente.
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