ES2299188T3 - Supervision y gestion de carga en un sistema de comunicacion inalambrica cdma. - Google Patents
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Abstract
LA PRESENTE INVENCION SE REFIERE A UN SISTEMA Y A UN PROCEDIMIENTO DE CONTROL Y DE ADMINISTRACION DE LOS ESTADOS DE CARGA EN UN SISTEMA DE COMUNICACION SIN HILOS QUE FUNCIONA EN CDMA (100). DICHO SISTEMA LLEVA UN DISPOSITIVO DE CONTROL DE LA CARGA (102) COMO POR EJEMPLO UNA ESTACION MOVIL QUE FUNCIONA EN CDMA (104), UNIDO A UN DISPOSITIVO DE CONSIGNACION Y DE TRATAMIENTO DE LOS DATOS (106) COMO POR EJEMPLO UN CONTROLADOR DE DIAGNOSTICO. DICHO DISPOSITIVO DE CONTROL (102) ESTA COLOCADO DENTRO DE LA ZONA DE SERVICIO DE UNA ESTACION DE BASE (112). DICHO DISPOSITIVO DE CONTROL (102) DESENCADENA PERIODICAMENTE UNA COMUNICACION, SUELE ESTAR AFECTADO A UNA VIA DE TRAFICO, Y REGISTRA UN PARAMETRO DE MANDO DE POTENCIA COMO POR EJEMPLO LA POTENCIA DE EMISION DE LA ESTACION DE BASE O EL NUMERO DE INSTRUCCIONES DE MANDO DE POTENCIA EN BUCLE CERRADO RECIBIDAS POR UNIDAD DE TIEMPO. DE ESTAS INFORMACIONES, DICHO DISPOSITIVO DE CONTROL DE CARGA (102) PUEDE DEDUCIR LOS ESTADOS DE CARGA DEL TRAFICO EN TIEMPOREAL DE LA ESTACION DE BASE (112). SI LA CARGA DEL SISTEMA SOBREPASA UN UMBRAL PREESTABLECIDO, SE PUEDE MANDAR UNA ALARMA AL CENTRO DE ADMINISTRACION DEL SISTEMA (114) DE FORMA QUE ESTE ULTIMO ADOPTE UNA MEDIDA PARA LIMITAR LA CARGA ADICIONAL SOBRE LA ESTACION BASE (112).
Description
Supervisión y gestión de carga en un sistema de
comunicación inalámbrica CDMA.
La presente invención se refiere en general a
comunicaciones inalámbricas. Más particularmente, la presente
invención está dirigida a un sistema y procedimiento novedoso y
mejorado para la supervisión y gestión de la carga de un sistema de
comunicación inalámbrica de acceso múltiple por división de código
(CDMA).
En el campo de la comunicación inalámbrica de
acceso múltiple por división de código (CDMA), múltiples
dispositivos de comunicación comparten un canal de frecuencia de
banda ancha, empleando cada dispositivo de comunicación un código de
ensanchamiento de pseudorruido (PN) diferente. En un sistema de
comunicación inalámbrica CDMA típico, se usa una primera banda de
frecuencia para comunicaciones de canal directo (estación base a
estación móvil), mientras que se usa una segunda banda de
frecuencia, diferente de la primera banda de frecuencia, para
comunicaciones de canal inverso (estación móvil a estación base). Un
ejemplo de un sistema de este tipo se proporciona en la patente
estadounidense número 4.901.307 titulada "SPREAD SPECTRUM MULTIPLE
ACCESS COMMUNICATION SYSTEM USING SATELLITE OR TERRESTRIAL
REPEATERS", publicada el 13 de febrero de 1990, trasferida al
cesionario de la presente invención.
El proceso de control de potencia es fundamental
para el concepto de maximizar la capacidad del sistema en un
sistema de comunicación inalámbrica CDMA tal como el descrito
anteriormente. La potencia de salida de las unidades de abonado
debe controlarse para garantizar intensidad de señal suficiente
recibida en la estación base y para mantener audio de buena calidad
mientras se minimiza el potencial de interferencias. Puesto que un
canal de banda ancha CDMA se reutiliza en cada célula, la
autointerferencia provocada por otros usuarios de la misma célula y
la interferencia provocada por usuarios en otras células es el
factor más limitante para la capacidad del sistema. Debido al
desvanecimiento de la señal y a otras deficiencias de canal, la
capacidad máxima se consigue cuando la proporción señal a ruido
(SNR) para cada usuario está, de media, en el punto mínimo
necesario para soportar un rendimiento "aceptable" de canal.
Puesto que la densidad espectral de ruido se genera casi
enteramente por interferencias de otros usuarios, todas las señales
deben llegar al receptor CDMA con la misma potencia media. En el
entorno de propagación móvil, esto se consigue proporcionando
control de potencia dinámico del transceptor de estación móvil. El
control de potencia protege contra cambios en la carga del sistema,
interferencias intencionadas, variaciones lentas y rápidas en las
condiciones de canal, y mejoras o degradaciones repentinas en el
canal (ensombreci-
miento).
miento).
El control de potencia del transmisor de la
estación móvil consiste en dos elementos: estimación en bucle
abierto de potencia de transmisión por la estación móvil y
corrección en bucle cerrado de los errores en esta estimación por
la estación base. En el control de potencia en bucle abierto, cada
estación móvil estima la potencia total recibida en el canal de
frecuencia CDMA asignado. Basándose en esta medición y en una
corrección suministrada por la estación base, la potencia
transmitida de la estación móvil se ajusta para adaptarse a la
pérdida de trayectoria estimada, para llegar a la estación base a un
nivel predeterminado. Todas las estaciones móviles usan el mismo
proceso y llegan con la misma potencia media a la estación base. Sin
embargo, diferencias no controladas en los canales directos e
inversos, tales como desvanecimiento opuesto de la señal, que pueden
aparecer debido a la diferencia de frecuencia y desajustes en las
cadenas de recepción y transmisión de la estación móvil, no pueden
estimarse por el móvil.
Para reducir estos errores residuales, cada
estación móvil corrige su potencia de transmisión con información de
control de potencia en bucle cerrado suministrada por la estación
base a través de datos de baja tasa de transmisión en cada canal de
tráfico directo. La estación base obtiene la información de
corrección supervisando la calidad del canal CDMA inverso de cada
estación móvil, compara esta medición con un umbral y solicita un
aumento o una disminución dependiendo del resultado. De esta manera,
la estación base mantiene cada canal inverso, y por tanto todos los
canales inversos, a la potencia mínima recibida necesaria para
proporcionar un rendimiento adaptable. Un ejemplo de un sistema de
comunicación que emplea los procedimientos de control de potencia en
bucle abierto y bucle cerrado descritos anteriormente se proporciona
en la patente estadounidense número 5.056.109 titulada "METHOD
AND APPARATUS FOR CONTROLLING TRANSMISSION POWER IN A CDMA
CELLULAR MOBILE TELEPHONE SYSTEM", transferida al cesionario de
la presente invención.
En un sistema de comunicación inalámbrica CDMA
tal como se describió anteriormente, un número predeterminado de
recursos de radiofrecuencia, tales como transceptores y
moduladores/demoduladores (módems) de canal, están ubicados en cada
estación base. El número de recursos asignados a una estación base
particular es una función de las condiciones de carga de tráfico
anticipadas. Por ejemplo, un sistema en una zona rural puede tener
sólo una antena omnidireccional en cada estación base y suficientes
módems de canal para soportar ocho llamadas simultáneas. Por otro
lado, una estación base en una zona urbana densa puede estar ubicada
conjuntamente con otras estaciones base, teniendo cada una varias
antenas altamente direccionales, y suficientes módems para manejar
cuarenta o más llamadas simultáneas. Es en estas zonas urbanas más
densas donde la capacidad del emplazamiento de la célula está más
solicitada y debe supervisarse y gestionarse rigurosamente con el
fin de proporcionar la asignación más eficaz de recursos limitados
mientras se mantiene una calidad aceptable de las
comunicaciones.
La carga de sector/célula es la proporción del
número real de usuarios en el sector con respecto al número teórico
máximo que el sector puede soportar. Esta proporción es proporcional
a la interferencia total medida en el receptor del sector/célula.
El número máximo de usuarios que el sector/célula puede soportar es
una función del conjunto proporción señal a ruido, actividad de voz
e interferencia desde otras células. La proporción de señal a ruido
de una unidad de abonado individual depende de la velocidad de la
unidad de abonado, del entorno de propagación de radiofrecuencia y
del número de usuarios en el sistema. La interferencia desde otras
células depende del número de usuarios en esas células, de las
pérdidas de propagación de radiofrecuencia y de la manera en la que
están distribuidos los usuarios. Los cálculos típicos de la
capacidad suponen la misma proporción señal a radio para todos los
usuarios y valores nominales de actividad de voz e interferencia
desde otras células. Sin embargo, en sistemas reales, la proporción
señal a radio cambia de usuario a usuario y la eficacia de
reutilización de frecuencia varía de sector a sector. Por tanto,
existe una necesidad de supervisar continuamente la carga de un
sector o célula.
Una manera convencional de supervisar las
condiciones de carga de emplazamiento de célula es que una persona,
normalmente un ingeniero o técnico de redes contratado por un
proveedor de servicios de comunicación inalámbrica, se desplace de
célula a célula realizando lecturas de las condiciones de carga
usando instrumental de pruebas especialmente diseñado y costoso.
Los datos registrados se devuelven después a una instalación central
de procesamiento para su procesamiento posterior y análisis.
Algunas desventajas significativas de este procedimiento son que
los datos no pueden evaluarse en tiempo real, y que se introducen
errores significativos debido a los efectos de propagación entre la
estación base y el instrumental de medición. Por tanto, este
procedimiento de supervisión sólo proporciona una estimación
aproximada de las condiciones de carga de emplazamiento de célula y
sólo puede usarse de una manera retardada en el tiempo para realizar
la acción correctiva, tal como una reasignación de recursos para el
futuro. No permite al proveedor de servicios realizar ninguna acción
en tiempo real para mejorar las condiciones de carga y su efecto en
el rendimiento del sistema. Además, requiere que una persona se
desplace sucesivamente a cada emplazamiento, proporcionando así una
estimación "poco precisa" discontinua de las condiciones de
carga de pico y del consecuente rendimiento del sistema dependiendo
de si la visita coincidió con los tiempos de uso de pico reales (en
lugar de supuestos).
Otra posible manera de supervisar las
condiciones de carga de emplazamiento de célula es acceder a los
datos de rendimiento registrados por la propia estación base o por
el controlador de la estación base. Sin embargo, esto requiere que
los escasos recursos de procesamiento de la estación base se ocupen
en recopilar y recuperar los datos. Además, padece los problemas de
procesamiento posterior en tiempo no real tal como se mencionó
anteriormente. Finalmente, también requiere que una persona visite
cada emplazamiento de célula sucesivamente para recuperar los
datos.
Lo que se necesita es un sistema remoto simple y
preciso de supervisión y gestión de la carga en tiempo real que no
requiera acceso a la estación base o a los datos registrados en el
controlador de la estación base, y que por lo tanto no afecte al
rendimiento del procesador.
El documento US 5.367.533 de la técnica anterior
da a conocer un sistema de comunicación CDMA de espectro ensanchado
de asignación dinámica para cubrir, al menos en parte,
geográficamente y en frecuencia un sistema de radioenlace.
La invención según las reivindicaciones adjuntas
es un sistema, dispositivo de supervisión de carga y procedimiento
novedoso y mejorado para supervisar y gestionar las condiciones de
carga en un sistema de comunicación inalámbrica CDMA. El sistema y
procedimiento usa datos de enlace directo recopilados por la
estación móvil para estimar el efecto de carga en el rendimiento
del sistema. Conociendo el efecto de carga en el rendimiento del
sistema, pueden tomarse algunas medidas para limitar el acceso al
sistema o para asignar más recursos con el fin de impedir la
degradación del rendimiento del sistema.
El sistema comprende un dispositivo de
supervisión de carga tal como una estación móvil CDMA conectada a un
dispositivo de registro y procesamiento de datos tal como un
monitor de diagnóstico, o una estación móvil modificada que pueda
realizar por sí misma funciones de registro y procesamiento de
datos. El dispositivo de supervisión está ubicado dentro de la zona
de servicio de una estación base. El dispositivo de supervisión
inicia una llamada periódicamente, está asignado normalmente a un
canal de tráfico y registra los siguientes datos: 1) la potencia de
transmisión de enlace inverso de estación móvil medida en el
conector de antena en dBm, 2) la potencia recibida de estación
móvil en el enlace directo tal como se mide en el conector de antena
en dBm, y 3) los comandos de control de potencia en bucle cerrado
recibidos desde la estación base por unidad de tiempo. A partir de
esta información, el dispositivo de supervisión de carga puede
inferir las condiciones de carga de tráfico en tiempo real de la
estación base. En la realización preferida, el dispositivo de
supervisión de carga está físicamente conectado a la estación base
con el fin de evitar errores introducidos por la variación de tiempo
en efectos de propagación aérea.
La información anterior se mide durante horas
punta de uso y durante horas valle de uso. En la realización
preferida, el dispositivo de supervisión de carga origina una
llamada cada treinta minutos de dos minutos de duración. Durante el
tiempo en el que el dispositivo tiene el control del canal de
tráfico, mide continuamente la potencia de transmisión de la
estación base y la procesa para obtener un parámetro de potencia de
transmisión media de la estación base. Comparando el parámetro de
potencia de transmisión media medido en horas punta con el medido
en horas valle, el dispositivo de supervisión de carga puede inferir
el efecto de carga en el rendimiento del sistema. En realizaciones
alternativas, el dispositivo de supervisión de carga mide otros
parámetros relacionados con la potencia, tal como los comandos de
control de potencia en bucle cerrado, y los procesa para obtener un
valor medio de un parámetro variable llamado ajuste de ganancia de
transmisión. El parámetro de ajuste de ganancia de transmisión
puede usarse después también para inferir el efecto de carga en el
rendimiento del sistema.
El dispositivo de supervisión de carga también
envía este dato en tiempo real a la estación de gestión de recursos
del sistema donde puede realizarse la acción adecuada basándose en
el efecto de carga en el rendimiento del sistema. Por ejemplo, el
dispositivo de supervisión de carga puede usarse para enviar
automáticamente una alarma, basándose en dicho parámetro procesado,
o para informar al centro de gestión de recursos del sistema de si
el rendimiento del sistema se degrada más allá de un umbral
predeterminado. Esta alarma puede usarse para producir acciones
correctivas en tiempo real tal como negar acceso adicional de otras
estaciones móviles a la estación base, o simplemente producir
representaciones gráficas del efecto de carga en el rendimiento del
sistema en un ciclo diario. Además, los datos en tiempo real pueden
usarse para asignar más eficazmente recursos entre estacione base
en un sistema.
Las características, objetos y ventajas de la
presente invención se harán más evidentes a partir de la descripción
detallada expuesta a continuación, cuando se toma junto con los
dibujos, en los que los mismos números de referencia se identifican
de manera correspondiente en todos ellos y en los que:
la figura 1 ilustra una vista general de alto
nivel del sistema de la presente invención;
la figura 2 es una ilustración de partes
seleccionadas del dispositivo de supervisión de carga de la presente
invención; y
la figura 3 ilustra el procedimiento de la
presente invención.
La presente invención se basa en el
comportamiento de la estación base durante varios grados de carga de
tráfico. Específicamente, cuantas más estaciones móviles transmitan
sobre el canal de tráfico CDMA común, menos sensible se vuelve la
estación base a cualquier transmisión individual por una estación
móvil y por tanto más agresivamente debe realizar el control de
potencia en bucle cerrado para garantizar que todas las
transmisiones de las estaciones móviles llegan a la estación base
con la misma potencia media. Por tanto, si una estación móvil dada
fuese estacionaria, y por lo tanto no afectada por la variación de
tiempo de efectos de propagación (es decir, físicamente conectada a
la estación base), entonces los comandos de control de potencia en
bucle cerrado que recibiría de la estación base se activarían sólo
por la carga de canal CDMA de enlace inverso y no por variaciones en
la potencia de enlace inverso de ese móvil tal como se recibe en la
estación base (que por lo demás sería constante). Como tal, en la
presente invención, el dispositivo de supervisión de carga puede
inferir el efecto de la carga del sistema en el rendimiento del
sistema a partir de la diferencia entre su propia potencia de
transmisión y los comandos de ajuste de ganancia de transmisión de
la estación base.
La sensibilidad, en dBm, de una estación base
para transmisiones de enlace inverso mediante la estación móvil
viene dada por:
(1)S = - 134 +
NF + E_{B}/N_{0} +
X_{L}
donde NF es la cifra de ruido de la
estación base en dB, E_{B}/N_{0} es la proporción de energía por
bit de los bits de información de enlace inverso con respecto a la
densidad espectral de ruido en el ancho de banda CDMA en dB, y
X_{L} es la carga del sistema en dB. Dicho de otro modo, X_{L}
es igual a 10[log(1-X)] donde X es la
proporción del número de estaciones móviles simultáneas sobre el
canal CDMA de enlace inverso con respecto al número teórico máximo
de estaciones móviles que el canal CDMA de enlace inverso puede
soportar. La sensibilidad de la estación base es el umbral, en dB,
al que la estación base puede recibir adecuadamente la transmisión
de enlace inverso desde la estación móvil. Por tanto, como puede
observarse, a media que la carga X_{L} del sistema aumenta,
disminuye la sensibilidad de la estación
base.
La potencia de transmisión de una estación móvil
controlada en potencia es igual a la sensibilidad de la estación
base menos la pérdida de trayectoria de enlace inverso. Es decir, la
estación móvil debe transmitir a un nivel de potencia lo bastante
alto para superar la pérdida de trayectoria de enlace inverso y
todavía llegar a la estación base a un nivel aceptable. En términos
matemáticos:
(2)P^{s}_{t} =
S +
L^{r}_{p}
donde P^{s}_{t} es la potencia de
transmisión de la estación móvil tal como se mide en el conector de
antena en dBm, S es la sensibilidad de la estación base tal como se
define en la ecuación(1), L^{r}_{p} y es la pérdida de
trayectoria de enlace inverso entre el conector de antena de la
estación móvil y el conector de antena de recepción de la estación
base en dB. Este factor incluye pérdida de propagación, ganancia de
antena y pérdida de línea de
alimentación.
Mediante sustitución de la ecuación (1) y (2),
la carga del sistema puede escribirse en cuanto a la potencia de
transmisión de la estación móvil como:
(3)X_{L} = 134
- NF - E_{B}/N_{0} + P^{s}_{t} -
L^{r}_{p}.
Las cantidades NF, L^{r}_{p} y E_{B}/N_{0}
son constantes y no dependen de la condición de carga, por lo que la
ecuación (3) puede escribirse como
(4)X_{L} = C +
P^{s}_{t}
donde C es una constante y
P^{s}_{t} es la potencia de transmisión de estación móvil medida
en el conector de antena en dBm. Por tanto, mediante sustitución de
la ecuación (4) en la ecuación
(3):
(5)C = 134 -
NF - E_{b}/N_{0} -
L^{r}_{p}.
Obsérvese que E_{B}/N_{0} se considera
constante en este caso puesto que, en la realización preferida, el
dispositivo de supervisión de carga está físicamente conectado a la
estación base en cuestión, y por tanto no es susceptible a la
variación de tiempo provocada por los efectos de propagación
cambiantes.
Puesto que la ecuación (5) se mantiene verdadera
todo el tiempo, entonces la diferencia de efecto de carga entre dos
periodos de medición distintos puede escribirse como:
(6)X_{L}(t2) -
X_{L}(t1) = P^{s}_{t}(t2) -
P^{s}_{t}(t1)
donde t_{2} y t_{1} son dos
tiempos de medición diferentes cualquiera. Por tanto, la potencia de
transmisión de unidad P^{s}_{t} durante un periodo de uso fuera
de pico puede compararse con la de un periodo de uso de pico para
determinar el efecto de carga en el rendimiento del
sistema.
Visto de otra manera, el ajuste de ganancia de
transmisión media puede usarse para determinar el efecto de carga
en el rendimiento del sistema. Haciendo referencia de nuevo a la
ecuación (3), también hay una pérdida de trayectoria en el enlace
directo que es igual a la potencia de enlace directo recibida por la
estación móvil, menos la potencia de enlace directo transmitida por
la estación base. En términos matemáticos:
(7)L^{f}_{p} =
P^{s}_{r} -
P^{b}_{t}
donde L^{f}_{p} es la pérdida de
trayectoria de enlace directo entre la antena de transmisión de
estación base y el conector de antena de estación móvil en dB,
P^{s}_{r} es la potencia de recepción de enlace directo de
estación móvil medida en el conector de antena en dBm, y
P^{b}_{t} es la potencia de transmisión de estación base medida en
el conector de antena en dBm. Invocando el teorema de reciprocidad
de que la pérdida de trayectoria de enlace directo media es igual a
la pérdida de trayectoria de enlace inverso media, puede expresarse
la carga del sistema en cuanto a la potencia de enlace inverso
transmitida por la estación móvil, la potencia de enlace directo
recibida por la estación móvil y la potencia de enlace directo
transmitida por la estación base, mediante sustitución de las
ecuaciones (3) y
(7):
(8)X_{L} = 134
- NF - E_{b}/N_{0} + P^{s}_{t} + P^{s}_{r} -
P^{b}_{t}.
Pero puesto que la estación móvil usa comandos
de ajuste de ganancia de transmisión en bucle cerrado para calcular
su potencia de transmisión, la ecuación (8) se escribe de manera más
conveniente como:
(9)P^{s}_{t} +
P^{s}_{r} - T_{ajuste} =
k
donde T_{ajuste} es el ajuste de
ganancia de transmisión en dB de la unidad móvil como respuesta a
los comandos de control de potencia en bucle cerrado transmitidos
por la estación base, y k es el factor de inversión de sentido que
la estación móvil está usando para calcular la potencia de
transmisión en bucle abierto. Obsérvese que incluso aunque se
supuso la reciprocidad de las pérdidas de trayectoria de enlace
directo e inverso en la ecuación (7), cualquier error en esa
suposición está compensado por los comandos de control de potencia
en bucle cerrado, y por tanto se refleja en
T_{ajuste}.
Mediante sustitución de la ecuación (8) y (9),
la carga de estación base puede escribirse entonces en cuanto al
ajuste de ganancia de transmisión, T_{ajuste}, como sigue:
(10)X_{L} =
134 - NF - E_{b}/N_{0} + k + T_{ajuste} -
P^{b}_{t},
que puede reescribirse
convenientemente
como:
(11)X_{L} = C
+
T_{ajuste}
donde C es una constante dada
por:
(12)C = 134 -
NF - E_{b}/N_{0} + k -
P^{b}_{t}.
Puesto que la ecuación (12) se mantiene
verdadera todo el tiempo, entonces la diferencia de efecto de carga
entre dos periodos de medición distintos puede escribirse como:
(13)X_{L}(t_{2}) - X_{L}(t_{1}) =
T_{ajuste}(t_{2}) -
T_{ajuste}(t_{1})
donde t_{2} y t_{1} son dos
tiempos de medición diferentes. Por tanto, el T_{ajuste} durante
un periodo de uso fuera de pico puede compararse con el de un
periodo de uso de pico para determinar el efecto de carga en el
rendimiento del sistema. Claramente, hay muchos parámetros
relacionados con la potencia que pueden medirse con el fin de
comparar la carga del sistema en un momento con la carga del sistema
en otro momento. Por ejemplo, el anterior análisis puede realizarse
para obtener una relación de carga expresada en cuanto a la potencia
recibida en la estación
móvil.
\vskip1.000000\baselineskip
La relación identificada en la ecuación (6) o
(3) anterior se aprovecha en la presente invención para proporcionar
supervisión y gestión en tiempo real de la carga del sistema. La
figura 1 ilustra una vista general de alto nivel del sistema 100 de
la presente invención. La estación 112 base CDMA se ve que está en
comunicación inalámbrica, a través de la antena 110, con cuatro
estaciones 108a a 108d móviles ejemplares. Las estaciones 108a a
108d móviles son, por ejemplo, radioteléfonos celulares CDMA
controlados en potencia como se conocen en la técnica. La estación
112 base también está en comunicación periódica con un dispositivo
102 de supervisión de carga, que puede comprender un radioteléfono
104 celular CDMA corriente controlado en potencia acoplado a un
dispositivo 106 de registro y procesamiento de datos, tal como un
monitor de diagnóstico CDMA u otro dispositivo de procesamiento de
datos tal como se conoce en la técnica. Como alternativa, el
dispositivo 102 de supervisión de carga puede ser una estación
móvil especialmente modificada que contiene un microprocesador
programado para realizar las funciones de registro y procesamiento
de datos.
En la realización preferida, el dispositivo 102
de supervisión de carga está físicamente conectado a la estación
112 base a través de cables 116 con el fin de minimizar cualquier
variación de tiempo tanto de efectos de propagación como de
E_{B}/N_{0} en los datos registrados por el dispositivo 102 de
supervisión de carga. Sin embargo, en realizaciones alternativas,
el dispositivo 102 de supervisión de carga puede ser estacionario
mientras inicia comunicaciones inalámbricas con la estación 112 base
con el fin de registrar los datos relevantes descritos más
adelante.
La estación 112 base también está en
comunicación con un centro 114 de gestión del sistema, en el que
reside cualquier personal y ordenador de red, requeridos para
realizar supervisión, diagnóstico y gestión de fallos de la
estación 112 base. En la figura 1, la estación 112 base envía
parámetros de funcionamiento del sistema y alarmas al centro 114 de
gestión del sistema a través de cables 118. Sin embargo, en
realizaciones alternativas, la estación 112 base puede comunicarse
con el centro 114 de gestión del sistema usando cualquier
procedimiento de comunicación de red de retroceso (backhaul)
tal como se conoce en la técnica, tal como comunicación inalámbrica
por microondas punto a punto.
En un funcionamiento normal del sistema 100, las
estaciones 108a a 108d se comunican periódicamente con la estación
112 base, o bien para iniciar una llamada, recibir (finalizar) una
llamada, o bien para enviar o recibir varios mensajes de sobrecarga
a o desde la estación 112 base. Durante horas punta de uso, tal como
durante el día, puede esperarse que las cuatro estaciones 108a a
108d móviles estén todas en comunicación simultánea con la estación
112 base, aumentando por tanto la carga del sistema e interferencias
en el enlace inverso. Por el contrario, durante horas valle de uso,
tal como durante la noche, puede esperarse que sólo una de las
estaciones 108a a 108d móviles esté en comunicación con la estación
112 base en un momento dado, disminuyendo por tanto la carga del
sistema. Obsérvese que puede haber menos o muchas más de cuatro
estaciones móviles comunicándose simultáneamente con la estación
112 base dependiendo de la capacidad de la estación 112 base. Sin
embargo, por motivos de simplicidad, la figura 1 se ilustra con sólo
cuatro estaciones 108a a 108d móviles.
Adicionalmente, el dispositivo 102 de
supervisión de carga inicia periódicamente una llamada de una
duración predeterminada a la estación 112 base según una
planificación predeterminada. En la realización preferida, el
dispositivo 102 de supervisión de carga inicia a una llamada de dos
minutos de duración a la estación 112 base cada treinta minutos
durante horas punta y valle. Claramente, esta planificación
predeterminada puede variarse tanto en duración (más corta o más
larga que dos minutos) como en frecuencia (más corta o más larga
que treinta minutos) dependiendo de las necesidades de supervisión y
gestión del centro 114 de gestión del sistema. En la realización
preferida, se eligió una duración de llamada de dos minutos porque
está más próxima a la duración de llamada media para un
radioteléfono celular real. Adicionalmente, puede escogerse la
frecuencia de cada treinta minutos como un equilibrio entre la
resolución de los datos y la cantidad de datos.
Cuando cualquiera de las estaciones 108a a 108d
móviles está comunicándose con la estación 112 base, la estación 112
base transmite comandos de control de potencia en bucle cerrado a
las estaciones 108a a 108d móviles activas tal como se describe en
la patente estadounidense anteriormente mencionada nº 5.056.109.
Cada uno de los comandos de control de potencia en bucle cerrado
transmitido a las diversas estaciones 108a a 108d móviles activas
ordena a la estación móvil particular aumentar o disminuir su
potencia de transmisión en una cantidad del orden de 1 dB, con el
fin de que la señal transmitida de cada estación móvil llegue a la
estación 112 base de manera que la proporción señal a ruido o
E_{B}/N_{0} sea suficiente para asegurar una calidad de voz
requerida mínima. Adicionalmente, siempre que el dispositivo 102 de
supervisión de carga esté comunicándose con la estación 112 base, la
estación 112 base transmite asimismo comandos de control de potencia
en bucle cerrado al dispositivo 102 de supervisión de carga, puesto
que la estación 112 lo considera simplemente como otra estación
móvil.
Haciendo referencia ahora a la figura 2, se
muestra una ilustración de partes seleccionadas del dispositivo 102
de supervisión de carga. Las señales de radiofrecuencia (RF) que
incluyen tanto información modulada así como comandos de control de
potencia en bucle cerrado se reciben por el dispositivo 102 de
supervisión de carga en la antena 200. De nuevo, obsérvese que en la
realización preferida, las señales transmitidas al dispositivo 102
de supervisión de carga por la estación 112 base (véase la figura 1)
a través de cables 116 están acopladas directamente a un puerto de
antena del monitor 102 de carga. Sin embargo, en realizaciones
alternativas, el dispositivo 102 de supervisión de carga emplea una
antena 200 estándar tal como se conoce en la técnica.
Las señales recibidas se encaminan por un
duplexor 202 a un amplificador 204 de bajo ruido (LNA) en el que se
ajusta la ganancia de entrada. En un amplificador 206 de control
automático de ganancia (AGC), se ajusta entonces el nivel de
potencia de frecuencia intermedia (IF). La intensidad de señal
recibida se mide en el indicador 212 de intensidad de señal recibida
(RSSI), que usa la intensidad de señal recibida para generar una
señal 214 de control de potencia en bucle abierto. Adicionalmente,
la señal recibida se muestrea en un conversor 208 analógico a
digital, y después se demodula digitalmente en un demodulador 210.
Los comandos 216 de control de potencia en bucle cerrado se
proporcionan a un combinador 228 en el que se combinan con la señal
214 de control de potencia en bucle abierto y se usan para ajustar
la potencia de transmisión del amplificador 220 de potencia
(PA).
En la realización preferida, el procesador 218
de datos registra la potencia de salida del PA 220, ajustada a
escala para representar la potencia de salida tal como se mide en el
conector 200 de antena. En la realización preferida, el procesador
218 de datos acumula las mediciones de potencia de salida a través
de una línea 232 de datos a lo largo de la duración de la llamada de
dos minutos y calcula su media para obtener la potencia de
transmisión media de la estación móvil.
En una realización alternativa, los comandos 216
de control de potencia en bucle cerrado desde la estación 112 base
se extraen de la señal demodulada y se registran por el procesador
218 de datos. En esta realización alternativa, el procesador 218 de
datos acumula los comandos de control de potencia en bucle cerrado a
lo largo de la duración de la llamada de dos minutos y calcula su
media para obtener T_{ajuste}. Puesto que la trama CDMA tiene una
duración de 20 ms y la estación base puede enviar un comando de
control de potencia en bucle cerrado por trama, T_{ajuste} debería
basarse en 6.000 valores de ajuste de potencia individuales. También
pueden generarse estadísticas de orden superior.
El procesador 218 de datos puede ser una parte
integrante de una estación móvil modificada o puede ser un
dispositivo de registro y procesamiento aparte, tal como un monitor
de diagnóstico CDMA tal como se conoce en la técnica. El procesador
218 de datos compara la potencia de transmisión media (o
alternativamente el valor T_{ajuste} medio) generada para un
periodo de uso fuera de pico con la potencia de transmisión media (o
alternativamente, el valor T_{ajuste} medio) generada para un
periodo de uso de pico para determinar la diferencia en carga del
sistema tal como se obtiene en las ecuaciones (6) o (13). Basándose
en esta información, el procesador 218 de datos puede enviar una
alarma u otra señal 230 informativa al centro 114 de gestión del
sistema (véase la figura 1) para una acción adecuada. La alarma u
otra señal 230 informativa puede usarse para generar informes de
estado de la carga del sistema o realizar una acción en tiempo real
tal que deniegue un acceso adicional al sistema si la carga supera
un determinado umbral.
La figura 3 ilustra el procedimiento de la
presente invención. El procedimiento comienza en la bloque 302 con
el dispositivo de supervisión de carga iniciando una llamada a la
estación base durante un tiempo T1 fuera de pico. Durante la
duración de la llamada, que en la realización preferida es de dos
minutos, el dispositivo de supervisión de carga mide un parámetro
relacionado con la potencia, que puede ser o bien la potencia de
transmisión de estación móvil en la realización preferida, o bien
T_{ajuste} (T1) en una realización alternativa, en el bloque 304.
El dispositivo de supervisión de carga inicia entonces una llamada a
la estación base durante un tiempo T2 de pico en el bloque 306, y
mide el mismo parámetro relacionado con la potencia durante la
duración de la llamada en el bloque 308. En el bloque 310, el
dispositivo de supervisión de carga calcula entonces
X_{L}(T2) - X_{L}(T1) tal como se define en la
ecuación (6) o (13) y lo compara con un umbral predeterminado de Y
dB en el bloque 312. El umbral, Y, puede determinarse
individualmente para cada estación base dependiendo del rendimiento
de estación base deseado.
Si la diferencia X_{L}(T2) -
X_{L}(T1) calculada en el bloque 310 es mayor que el umbral
predeterminado, Y, entonces el dispositivo de supervisión de carga
envía una alarma al centro de gestión del sistema en el bloque 314,
y se realizan las acciones adecuadas, tal como denegar acceso
adicional al sistema. En este caso, el dispositivo de supervisión de
carga iniciaría de nuevo el proceso en el bloque 302. Si la
diferencia X_{L}(T2) - X_{L}(T1) calculada en el
bloque 310 es menor que le umbral predeterminado, Y, entonces el
dispositivo de supervisión de carga no envía una alarma, y
simplemente inicia de nuevo el proceso en el bloque 302.
En otras realizaciones, se realizan
modificaciones del flujo de la figura 3 para adaptar el
procedimiento a diversas aplicaciones. Por ejemplo, el dispositivo
de supervisión de carga puede iniciar varias llamadas en los bloques
302 y 306, separadas cada una en treinta minutos, durante las horas
punta y valle, con el fin de obtener medias. Además, el dispositivo
de supervisión de carga puede configurarse para enviar información
al centro de gestión del sistema independientemente de si la carga
superó un umbral predeterminado. Esta información podría ser útil,
por ejemplo, para generar un gráfica de tiempo frente a la carga
para un ciclo operativo diario. Además, pueden realizarse numerosos
ajustes a la planificación y al uso de la información sin el uso de
la actividad inventiva.
La presente invención no pretende limitarse a
las realizaciones mostradas en el presente documento y la
descripción anterior de las realizaciones preferidas se proporciona
sólo a modo de ejemplo para permitir que cualquier experto en la
técnica realice o use la presente invención. Las diversas
modificaciones a estas realizaciones serán fácilmente evidentes para
los expertos en la técnica, y los principios genéricos definidos en
el presente documento pueden aplicarse a otras realizaciones sin el
uso de la facultad inventiva.
Claims (11)
1. Un sistema (100) para determinar la carga de
una estación (112) base CDMA que transmite comandos (216) de control
de potencia en bucle cerrado, estando controlada dicha estación
(112) base CDMA por un centro (114) de gestión del sistema,
comprendiendo dicho sistema:
un dispositivo (102) de supervisión de carga que
tiene un circuito de transmisión para iniciar una comunicación con
dicha estación (112) base CDMA según una planificación (302, 306)
predeterminada, un circuito de recepción para recibir dichos
comandos (216) de control de potencia en bucle cerrado y un
procesador (218) de datos, acoplado a dicho circuito de recepción,
para registrar y procesar un parámetro (310) de control de potencia
y para transmitir una señal (230) de datos basada en dicho parámetro
de control de potencia procesado a dicho centro (114) de gestión del
sistema como respuesta a dichos comandos (216) de control de
potencia en bucle cerrado recibidos.
2. El sistema según la reivindicación 1, en el
que dicho dispositivo (102) de supervisión de carga es una estación
móvil.
3. El sistema según la reivindicación 1 ó 2, en
el que dicho dispositivo (102) de supervisión de carga está
dispuesto para iniciar una comunicación con dicha estación (112)
base CDMA durante un primer periodo (302) y un segundo periodo
(306), y en el que dicho procesador (218) de datos está dispuesto
para transmitir una señal (230) de alarma a dicho centro (114) de
gestión del sistema si una diferencia (310) entre dicho parámetro de
control de potencia durante dicho primer periodo y dicho parámetro
de control de potencia durante dicho segundo periodo supera un
umbral predeterminado (312).
4. El sistema según la reivindicación 3, en el
que dicho centro (114) de gestión del sistema está dispuesto para
impedir una carga adicional de dicha estación (112) base como
respuesta a dicha señal (230) de alarma.
5. El sistema según la reivindicación 4, en el
que dicho procesador (218) de datos es un dispositivo de supervisión
de diagnóstico CDMA.
6. Un procedimiento para determinar la carga en
una estación (112) base CDMA que transmite comandos (216) de control
de potencia en bucle cerrado, estando controlada dicha estación
(112) base CDMA por un centro (114) de gestión del sistema,
comprendiendo dicho procedimiento las etapas de:
iniciar una comunicación con dicha estación
(112) base CDMA según una planificación (302, 306)
predeterminada;
recibir dichos comandos (216) de control de
potencia en bucle cerrado;
registrar y procesar (310) un parámetro de
control de potencia; y
transmitir una señal (230) de datos basada en
dicho parámetro de control de potencia procesado a dicho centro
(114) de gestión del sistema como respuesta a dichos comandos (216)
de control de potencia en bucle cerrado recibidos.
7. El procedimiento según la reivindicación 6,
en el que dicha etapa de inicio comprende además iniciar una
comunicación con dicha estación (112) base CDMA durante un primer
periodo (302) y un segundo periodo (306), y en el que dicha etapa de
transmisión de datos comprende además transmitir una señal (230) de
alarma a dicho centro (114) de gestión del sistema si una diferencia
(310) entre dicho parámetro de control de potencia durante dicho
primer periodo y dicho parámetro de control de potencia durante
dicho segundo periodo supera un umbral predeterminado (312).
8. El procedimiento según la reivindicación 7,
que comprende además la etapa de impedir, desde dicho centro (114)
de gestión del sistema, una carga adicional de dicha estación (112)
base como respuesta a dicha señal de alarma (230).
9. Un dispositivo (102) de supervisión de carga
para su uso con una estación (112) base CDMA que transmite comandos
(216) de control de potencia en bucle cerrado, estando controlada
dicha estación (112) base CDMA por un centro (114) de gestión del
sistema, comprendiendo dicho dispositivo (102) de supervisión de
carga:
un circuito de transmisión para iniciar una
comunicación con dicha estación (112) base CDMA según una
planificación (302, 306) predeterminada,
un circuito de recepción para recibir dichos
comandos (216) de control de potencia en bucle cerrado;
un procesador (218) de datos, acoplado a dicho
circuito de recepción, para registrar y procesar un parámetro (310)
de control de potencia y para transmitir una señal (230) de datos
basada en dicho parámetro de control de potencia a dicho centro
(114) de gestión del sistema como respuesta a dichos comandos (216)
de control de potencia en bucle cerrado recibidos.
10. El dispositivo de supervisión de carga según
la reivindicación 9, en el que dicho circuito de transmisión está
dispuesto para iniciar una comunicación con dicha estación (112)
base CDMA durante un primer periodo (302) y un segundo periodo
(306), y en el que dicho procesador (218) de datos está dispuesto
para transmitir una señal (230) de alarma a dicho centro (114) de
gestión del sistema si una diferencia (310) entre dicho parámetro de
control de potencia durante dicho primer periodo y dicho parámetro
de control de potencia durante dicho segundo periodo supera un
umbral predeterminado (312).
11. El dispositivo de supervisión de carga según
la reivindicación 10, en el que dicho centro (114) de gestión del
sistema está dispuesto para impedir una carga adicional de dicha
estación (112) base como respuesta a dicha señal (230) de
alarma.
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