ES2314849T3 - Procedimiento y sistema para planificacion de potencia de portadoras en una red celular de telecomunicacion. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para planificación de potencia en una red celular de radiocomunicación (N) teniendo como característica permitir la reutilización de una misma frecuencia en todas las células de una red (por ejemplo, acceso de tipo CDMA), dotada de estaciones radioeléctricas terrestres de base (BTS) y que dispone de transmisores (E) para transmitir datos en sectores de transmisión (Sc) determinados y garantizar una cobertura radioeléctrica en las zonas que definen las respectivas células, ejecutándose dicho procedimiento a través de un sistema informático (1) dotado de medios de memoria (11) para almacenar datos (d1) representativos de zonas geográficas, divididas en una pluralidad de puntos o píxeles (301, 302, 303) en función de la división de dicha red, datos (d2) característicos de sectores (Sc) y de transmisores (E) de la red, datos (d3) representativos de la atenuación radioeléctrica de transmisión/recepción para cada sector (Sc), datos (d4) y datos representativos de la distribución y del volumen del tráfico en la red, estando caracterizado dicho procedimiento porque un módulo de cálculo (10) del sistema informático (1) realiza, para cada sector de transmisión (Sc) asociado a un transmisor (E) con una pluralidad de portadoras (Po1, Po2, PoN-1, PoN), una etapa (42) de asignación de portadoras a zonas de servicio (2), utilizando dicho módulo de cálculo (10) los datos (d1, d2, d3, d4) almacenados en los medios de memoria (11) para distribuir el tráfico total (T) del sector (Sc) a canalizar en N porciones de tráfico (T/N) en N zonas de servicio (2) complementarias determinadas en función de su atenuación radioeléctrica, y que forman, desde el punto de vista geográfico, coronas con un creciente alejamiento respecto del transmisor (E), comprendiendo adicionalmente dicho procedimiento: - una etapa (44) de planificación de frecuencias que incluye atribuir una frecuencia determinada (f1, f2, f3) a cada zona de servicio (21, 22, 23), de tal forma que las distintas portadoras (Po) utilizadas en un sector (Sc) están asociadas respectivamente a una sola zona de servicio de dicho sector (Sc); - una etapa (45) de ajuste de potencias de cada una de las portadoras, que incluye la determinación por el módulo de cálculo (10), para cada zona de servicio (2), de las relaciones señal/ruido en cada píxel y de una capacidad de tráfico por la portadora (Po) asociada a esta zona de servicio (2), llevándose a cabo un reparto de la potencia del transmisor entre las portadoras de un mismo sector (Sc) que se realiza de manera determinada por el módulo de cálculo (10) para que dicha etapa (45) de ajuste de potencias corresponda a la obtención de un máximo de la suma de capacidades de tráfico de las portadoras (Po) para cada sector (Sc), obteniéndose dicho máximo al menos mediante una comparación realizada por el módulo de cálculo (10) entre varias diferentes soluciones de reparto de potencia entre portadoras (Po).
Description
Procedimiento y sistema para planificación de
potencia de portadoras en una red celular de telecomunicación.
La presente invención se refiere a las redes de
radiotelefonía celular, y más concretamente, con el fin de mejorar
la cobertura radioeléctrica y la tasa de transferencia binaria de
los usuarios en una red gestionada por un operador, a un
procedimiento y a un sistema de planificación de potencia de las
portadoras en una red celular de telecomunica-
ciones.
ciones.
Una red de radiotelefonía celular está formada
por una pluralidad de estaciones radioeléctricas terrestres de
base, dotadas de transmisores-receptores que
garantizan la cobertura radioeléctrica de las zonas que definen las
respectivas células. En un sistema de comunicación inalámbrico, cada
estación base se comunica con una pluralidad de terminales remotos,
tales como teléfonos móviles celulares. Los esquemas de acceso
múltiple tradicionales para ofrecer servicios simultáneos a un
determinado número de terminales son el acceso múltiple por
división de frecuencia (FDMA: Frequency Division Multiple Access) y
el acceso múltiple por división de tiempo (TDMA: Time Division
Multiple Access). La idea básica subyacente a los sistemas FDMA y
TDMA consiste en compartir el recurso disponible, respectivamente,
en varias frecuencias o en varios intervalos temporales, de tal
forma que puedan funcionar varios terminales simultáneamente sin
interferencias.
Los teléfonos que funcionan de acuerdo con la
norma GSM (Global System for Mobile Communications [sistema global
de comunicaciones móviles]) corresponden a los sistemas FDMA y TDMA
en el sentido de que la emisión y la recepción se efectúan a
frecuencias diferentes, así como a diferentes intervalos de
tiempo.
En contraposición a estos sistemas que utilizan
una división de frecuencia o una división de tiempo, los sistemas
CDMA (Sistema de Acceso Múltiple por División de Código, o Code
Division Multiple Access) permiten que múltiples usuarios compartan
una frecuencia común y un canal temporal común utilizando una
modulación codificada. La utilización de las técnicas CDMA de
escalonamiento del espectro permite ofrecer elevadas tasas de
transferencia a los terminales móviles. La norma CDMA más reciente
(por ejemplo, Wide Band [banda ancha] CDMA: W-CDMA)
o de tercera generación (3G) se encuentra en etapa de desarrollo
por parte de numerosos operadores. Entre los sistemas CDMA puede
citarse el sistema CDMA 2000, el sistema W-CDMA
("Wide Band CDMA [banda ancha"]) o la norma
IS-95.
En los sistemas CDMA pueden distinguirse los
sistemas que utilizan una frecuencia diferente para transmisión y
recepción (sistema CDMA-FDD) y aquellos que utilizan
una frecuencia común para transmisión y recepción (sistema
CDMA-TDD). Para los sistemas del tipo CDMA, una
arquitectura de red de un tipo que utiliza el protocolo IP
(Internet Protocol [protocolo Internet]) permite la transmisión de
datos por paquetes con unas elevadas tasas de transferencia sobre
un canal DSCH (Downlink Shared Channel [canal compartido de enlace
descendente]), por ejemplo a través de un acceso radioeléctrico de
tipo HSDPA (High Speed Downlink Packet Access [acceso de paquetes
de enlace descendente de alta velocidad]). El modo HSDPA es una
codificación más eficaz que la del UMTS clásico que permite
aumentar la tasa de transferencia de datos. Al igual que la
tecnología HSDPA especificada por el proyecto 3GPP (proyecto de
asociación de tercera generación), existen otras tecnologías de
acceso radioeléctrico que utilizan varios canales, como por
ejemplo, la tecnología CDMA 2000 1xEvDO (Evolution Data Only), que
garantiza unas tasas de transferencia de datos especialmente
elevadas. A título indicativo, se ha especificado la norma HSDPA
para disponer de una capacidad superior y de unas velocidades de
transmisión más elevadas (hasta 14 Mbps) en las redes
W-CDMA existentes, y que debe ofrecer, tanto a
operadores como a abonados, una mayor calidad de servicio y una
relación precio/prestaciones más ventajosa. Gracias a este tipo de
tecnología, los operadores pueden asumir un número mucho mayor de
abonados con una elevada tasa de transferencia en la misma
radiofrecuencia (portadora), garantizando a estos últimos una
óptima utilización de los servicios multimedia actuales o
futuros.
La invención se aplica ventajosamente a las
redes de comunicaciones del tipo CDMA, o más en general, a las
redes que utilizan una tecnología de acceso radioeléctrico que
requiere varios canales DSCH en los que cada uno utiliza una
radiofrecuencia denominada portadora, utilizando todas las células
las mismas radiofrecuencias con una potencia de transmisión
constante, y sin que el acceso radioeléctrico precise de una
cobertura continuada para cada frecuencia. Por tanto, la invención
se aplica especialmente a las tecnologías definidas y especificadas
por el 3GPP, como HSDPA, CDMA 2000 1x EvDO y otras tecnologías
analógicas (sin utilizar la transmisión de voz conmutada por
circuito) de acceso a datos que aportan la capacidad suplementaria
necesaria para responder a las crecientes necesidades del mercado
de la radiotelefonía, en lo que se refiere a aplicaciones móviles
con una elevada tasa de transferencia, como la descarga de
contenidos.
Ya se conoce, gracias al documento W0
2005/011154, un método que trata de evitar la reducción de la tasa
de transferencia de datos al usuario en un sistema 1x EvDO. No
obstante, este método se refiere únicamente a los problemas de
conexión de una estación base y propone llevar a cabo la gestión de
las conexiones asociadas a los usuarios para evitar una sobrecarga
en algunas de estas conexiones.
En los conocidos sistemas de comunicación a
través de radiotelefonía celular de tipo CDMA que utilizan varias
portadoras, no existe método alguno para optimizar la capacidad de
la red, sobre todo debido al límite de las potencias de transmisión
acumuladas hacia los terminales móviles de los usuarios, para
adaptarse de forma operativa al tráfico a cursar. Las soluciones
existentes se limitan a planificar la potencia en el seno de cada
célula, lo que no resulta satisfactorio desde un punto de vista
operativo, ya que existen disparidades de tráfico en el seno de una
misma
célula.
célula.
Uno de los principales inconvenientes de los
métodos conocidos consiste en que algunas de las áreas de una
célula no proporcionan un acceso radioeléctrico de calidad, debido a
que su relación señal-ruido (SNR) es demasiado
baja. En estas zonas, la tasa binaria de comunicación de datos será
muy reducida (para un ancho de banda determinado), por lo que será
necesario utilizar un canal muy ancho para garantizar una velocidad
de transferencia suficiente.
A modo de ejemplo, la relación de potencia entre
la señal de la portadora y la señal de interferencia C/I puede
variar entre 0 y más de 15 dB, en función de que el cliente portador
del terminal móvil se encuentre en los límites de la célula o más
cerca del transmisor. Para mejorar la capacidad de la red, las
soluciones actuales consisten en añadir nuevas portadoras en
frecuencias adicionales, siendo fija la canalización de las
tecnologías de tipo CDMA (ancho de canal de 1,25 MHz para CDMA 2000,
5 MHz para UMTS). Otro ejemplo puede encontrarse en el documento
EP1335616 (Koninklijke KPN N.V.) de fecha 13.08.2003.
Por lo tanto, es necesario encontrar un método
más adaptado a la realidad del terreno, que permita configurar
eficazmente la red para optimizar la capacidad global de la red y la
tasa de transferencia de datos para el usuario en las zonas de la
célula que cuenten con un peor servicio.
Por lo tanto, el principal objetivo de la
presente invención consiste en eliminar uno o varios de los
inconvenientes de la técnica anterior, definiendo un procedimiento
para planificación de potencia que permita a una red celular de
telecomunicaciones de tipo CDMA suministrar una tasa de
transferencia útil optimizada en cualquier punto de una célula.
Otro de los objetos de la invención consiste en
optimizar la utilización de la potencia disponible en los
amplificadores de cada estación radioeléctrica terrestre de base que
sirva para el acceso radioeléctrico a datos mediante tecnologías de
transferencia de datos por paquetes a alta velocidad (3GPP: HSDPA,
CDMA 2000 1x EvDO, etc.) cuando dicha potencia debe ser distribuida
entre las diferentes frecuencias (amplificadores de potencia de
banda ancha).
A estos efectos, la invención se refiere a un
procedimiento para planificación de potencia de las portadoras en
una red de radiocomunicación celular, caracterizado porque permite
la reutilización de una misma frecuencia en todas las células de la
red (por ejemplo, acceso del tipo CDMA) y cuenta con estaciones
radioeléctricas terrestres de base que disponen de transmisores
para transmitir los datos en unos sectores de transmisión
determinados, garantizando la cobertura radioeléctrica de las zonas
que definen las células respectivas, ejecutándose dicho
procedimiento a través de un sistema informático dotado de medios de
memoria en los que se almacenan datos representativos de zonas
geográficas, divididas en una pluralidad de puntos o píxeles en
función de la división de dicha red, datos característicos de los
sectores y de los transmisores de la red, datos representativos de
la atenuación radioeléctrica de transmisión/recepción para cada
sector, y datos representativos de la distribución y del volumen
del tráfico en la red, caracterizándose dicho procedimiento porque
un módulo de cálculo del sistema informático realiza, para cada
sector de transmisión asociado a un transmisor con una pluralidad de
portadoras, una etapa de asignación de portadoras a unas zonas de
servicio, utilizando el módulo de cálculo los datos almacenados en
los medios de memoria para distribuir el tráfico total del sector a
canalizar en N porciones de tráfico en N zonas de servicios
complementarias determinadas en función de su atenuación
radioeléctrica, y que forman, desde el punto de vista geográfico,
coronas con un creciente alejamiento con respecto al transmisor,
incluyendo asimismo el procedimiento:
- una etapa de planificación de frecuencias que
incluye la atribución de una frecuencia determinada a cada zona de
servicio, de tal forma que las distintas portadoras utilizadas en un
sector están asociadas respectivamente a una sola zona de servicio
de dicho sector;
- una etapa de ajuste de potencias de cada una
de las portadoras, que incluye la determinación por parte del
módulo de cálculo, para cada zona de servicio, de las relaciones
señal/ruido en cada píxel y de una capacidad de tráfico por la
portadora asociada a esta zona de servicio, llevándose a cabo un
reparto de potencia del transmisor entre las portadoras del mismo
sector de una forma determinada por el módulo de cálculo, para que
dicha etapa de ajuste de potencias corresponda a la obtención de un
máximo de la suma de capacidades de tráfico de las portadoras para
cada sector, obteniéndose dicho máximo al menos mediante una
comparación realizada por el módulo de cálculo entre varias
soluciones distintas de distribución de potencia entre
portadoras.
De este modo, la invención permite planificar la
potencia de cada portadora por separado, en función del tráfico a
cursar.
De acuerdo con otra particularidad, el reparto
de potencia del transmisor entre portadoras de un mismo sector se
lleva cabo de una forma determinada por el módulo de cálculo, a fin
de que dicha etapa de ajuste de potencias se corresponda con la
obtención de un mínimo de dispersión de capacidades de tráfico
aportadas individualmente por las diferentes portadoras del
sector.
De acuerdo con otra particularidad, las zonas de
servicios se determinan para un sector en función de unos umbrales
de atenuación, reagrupando una primera zona de servicio aquellos
píxeles que tienen una atenuación de propagación de la señal
radioeléctrica en transmisión/recepción inferior a un primer umbral
determinado, mientras que al menos una segunda zona de servicio
reagrupa los píxeles cuya atenuación de propagación de la señal
radioeléctrica en transmisión/recepción está comprendida entre dicho
primer umbral y un máximo de atenuación predeterminado.
De este modo, la invención permite que una
portadora específica reserve una zona de servicio alejada con
respecto al transmisor. La portadora asociada a dicha zona de
servicio alejada podrá ventajosamente ser emitida con una mayor
potencia para garantizar una tasa de transmisión de datos comparable
con la facilitada en las proximidades del transmisor por una
portadora que disponga de una menor potencia de transmisión.
De acuerdo con otra particularidad, el
procedimiento de acuerdo con la invención comprende una etapa de
inicialización de los siguientes parámetros:
- una lista de los sectores y de sus
características de potencia disponible;
- matrices de atenuación de propagación para
cada sector;
- una matriz de distribución del tráfico;
- un coeficiente de utilización representativo
de un volumen de tráfico;
- la especificación del número de portadoras por
sector;
- reglas de correspondencia para asociar las
portadoras a los amplificadores de un transmisor;
- parámetros de estimación previstos para su
utilización en al menos una función de convergencia, que sirve para
verificar si dicho ajuste de potencias se corresponde con la
obtención de un máximo de la suma de capacidades de tráfico de las
portadoras del conjunto de sectores.
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De acuerdo con otra particularidad, los datos
representativos de la distribución y del volumen del tráfico de la
red incluyen mapas de distribución del tráfico realizados a través
del sistema informático, utilizando datos representativos del
tráfico en la red de los abonados de dicha red, incluyendo medidas
cuantitativas y cualitativas del tráfico de los abonados a través
de la red, correspondiendo dichas medidas a, al menos, una franja
horaria predeterminada, obteniéndose al menos un mapa de
distribución del tráfico de la red tras la selección de, al menos,
una zona geográfica gracias a medios interactivos entre el usuario y
dicho sistema informático, y una recuperación por parte de dicho
sistema de datos representativos del tráfico correspondiente a
dicha zona geográfica seleccionada y a una franja horaria específica
para formar, mediante el tratamiento de dichos datos a través del
sistema informático, datos representativos de células de cobertura
asociadas a cada transmisor.
De acuerdo con otra particularidad, los datos
representativos del tráfico en la red de radiocomunicación incluyen
datos suministrados por medios de recuento y extraídos de, al menos,
un centro de supervisión de equipos a través de medios de
extracción y de tabulación de dicho sistema informático.
De acuerdo con otra particularidad, la etapa de
asignación de portadoras a las zonas de servicio está precedida por
una etapa de cálculo de la distribución del tráfico en una zona
correspondiente a la cobertura de la red, utilizando la etapa de
cálculo de la distribución del tráfico los mapas de distribución del
tráfico para calcular dicho tráfico en cada uno de los píxeles, y
teniendo en cuenta, a través de los datos representativos de la
atenuación radioeléctrica en transmisión/recepción para cada sector,
una atenuación entre el transmisor y el receptor en el sector
considerado, así como una probabilidad de asignación al sector en
función del campo recibido y del nivel de recepción de sectores
adyacentes.
De acuerdo con otra particularidad, la etapa de
cálculo de la distribución del tráfico incluye el cálculo de una
función de distribución acumulativa del tráfico a canalizar en
función del nivel de atenuación de propagación en cada sector
considerado.
De acuerdo con otra particularidad, la etapa de
asignación de portadoras a las zonas de servicio incluye, al menos
para uno de los sectores, el cálculo del tráfico total a canalizar y
la determinación de un número N de portadoras que baste para que la
capacidad del conjunto de portadoras del sector permita canalizar el
tráfico total.
De acuerdo con otra particularidad, la etapa de
planificación de frecuencias viene precedida por una etapa de
cálculo de restricciones de interferencias entre portadoras,
incluyendo el cálculo de una matriz de compatibilidad entre todas
las portadoras de todas las células.
De acuerdo con otra particularidad, la etapa de
ajuste de potencias de cada una de las portadoras incluye para el
conjunto de sectores una primera etapa de estimación de convergencia
entre un primer criterio correspondiente a la obtención de un
máximo de la suma de capacidades de tráfico de las portadoras de los
sectores y un segundo criterio correspondiente a la obtención de un
mínimo de dispersión de capacidades de tráfico, aportadas
individualmente por las diferentes portadoras de cada sector.
De acuerdo con otra particularidad, dicha etapa
de ajuste de potencias va seguida de una etapa de cálculo de los
nuevos límites de potencia resultantes del ajuste de potencias,
efectuándose a continuación una segunda etapa de estimación de
convergencia entre dichos primer y segundo criterios.
De acuerdo con otra particularidad, el
procedimiento de acuerdo con la invención incluye una tercera etapa
de estimación de convergencia entre dichos primer y segundo
criterios, llevada a cabo inmediatamente después de una etapa de
nuevo cálculo de zonas de servicio de cada portadora, teniendo en
cuenta concretamente dicha nueva etapa de cálculo las
modificaciones resultantes del ajuste de potencias.
De acuerdo con otra particularidad, cada etapa
de estimación de convergencia incluye al menos un cálculo de dicha
función de convergencia del tipo correspondiente a una diferencia
entre un primer valor representativo del primer criterio y un valor
representativo del segundo criterio, seguido de una comparación de
la variación de dicha diferencia con un umbral de aceptación que no
debe superarse para que la convergencia sea aceptable.
De acuerdo con otra particularidad, se inicia
una repetición del reparto de potencia del transmisor entre
portadoras de un mismo sector en caso de superarse el umbral de
aceptación tras la primera etapa de estimación de convergencia
entre dichos primer y segundo criterios.
De acuerdo con otra particularidad, se inicia
una repetición de las etapas de cálculo de las restricciones de
interferencias entre portadoras y de planificación de frecuencias en
caso de superarse el umbral de aceptación tras la segunda etapa de
estimación de convergencia entre dichos primer y segundo
criterios.
De acuerdo con otra particularidad, se inicia
una repetición de la etapa de asignación de portadoras a las zonas
de servicio en caso de superarse el umbral de aceptación tras la
tercera etapa de estimación de convergencia entre dichos primer y
segundo criterios.
De este modo, la invención permite optimizar
ventajosamente la distribución de potencia entre portadoras en un
mismo transmisor de acuerdo con los dos criterios mencionados
anteriormente, y ello, para todos los transmisores de la red,
especialmente con ayuda del bucle repetitivo del cálculo de las
zonas de servicio efectuado en la etapa de asignación de portadoras
a las zonas de servicio.
Otra finalidad de la invención consiste en
aportar una solución a uno o varios de los problemas surgidos en la
técnica anterior, definiendo un sistema informático especialmente
adaptado al procedimiento de acuerdo con la invención, a fin de
optimizar la utilización de la potencia disponible en los
amplificadores de portadora múltiple (banda ancha), concretamente
para HSDPA y CDMA 1x EvDO.
Esta finalidad se consigue mediante un sistema
informático para llevar a cabo el procedimiento de acuerdo con la
invención, que incluye un módulo de cálculo y medios de memoria para
almacenar datos representativos de zonas geográficas divididas en
una pluralidad de puntos o píxeles en función de la división de
dicha red, datos característicos de sectores y de transmisores de
la red, datos representativos de la atenuación radioeléctrica en
transmisión/recepción para cada sector, datos representativos de la
distribución y del volumen del tráfico en la red, caracterizado
porque incluye medios de selección para seleccionar cada sector de
transmisión asociado a un transmisor, comportando dicho módulo de
cálculo medios de asociación para:
- asociar portadoras del transmisor a zonas de
servicio, utilizando los datos almacenados en los medios de memoria
para distribuir el tráfico total del sector a canalizar en N
porciones de tráfico en N zonas de servicios complementarias
determinadas en función de su atenuación radioeléctrica;
- asociar una frecuencia determinada a cada zona
de servicio, de tal forma que las diferentes portadoras utilizadas
en un sector están respectivamente asociadas a una sola zona de
servicio de dicho sector;
incluyendo dicho servicio informático medios
para ajustar la potencia de cada una de las portadoras en función
de una determinación realizada por el módulo de cálculo de un
reparto de potencia del transmisor entre portadoras de un mismo
sector.
De acuerdo con otra particularidad, el módulo de
cálculo lleva a cabo un reparto de potencia del emisor entre
portadoras de un mismo sector utilizando un programa de optimización
adaptado para obtener, en función de un primer criterio, un máximo
para la suma de capacidades de tráfico de las portadoras del
conjunto de sectores, y en función de un segundo criterio, un
mínimo de dispersión de capacidades de tráfico aportadas por las
diferentes portadoras del sector, siendo utilizados por el módulo
de cálculo parámetros de estimación almacenados en los medios de
memoria a fin de permitir la optimización de la potencia del
transmisor entre portadoras.
De acuerdo con otra particularidad, los medios
de asociación se disponen para tener en cuenta umbrales de
atenuación para determinar las zonas de servicios de un sector,
reagrupando los medios de asociación los píxeles que tienen una
atenuación de propagación de la señal radioeléctrica en
transmisión/recepción inferior a un primer umbral determinado en
una primera zona de servicio, y al menos en una segunda zona de
servicio, los píxeles con una atenuación de propagación de la señal
radioeléctrica en transmisión/recepción comprendida entre dicho
primer umbral y un máximo de atenuación predeterminado.
De acuerdo con otra particularidad, el sistema
incluye en una memoria los datos representativos del tráfico de
datos en la red, al menos, en una franja horaria predeterminada,
incluyendo igualmente el sistema:
- medios interactivos entre el usuario y dicho
sistema, conectados a los medios de selección para seleccionar y
visualizar al menos una de dichas zonas geográficas;
- medios de superposición en dicha zona
geográfica seleccionada de datos representativos del tráfico en una
franja horaria determinada para formar al menos un mapa de
distribución del tráfico, visualizado por dichos medios
interactivos;
- medios de extracción y de tabulación, a partir
de los datos, suministrados por medios de recuento y extraídos de
al menos un centro de supervisión de equipos, de series de medidas
dependientes de las zonas geográficas y de franjas horarias.
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La invención, con sus características y
ventajas, se comprenderá más claramente tras la lectura de la
descripción, haciendo referencia a las figuras que se adjuntan a
modo de ejemplos no limitativos, en las cuales:
- la figura 1 representa esquemáticamente el
sistema informático de acuerdo con la invención y una parte de la
red que muestra la distribución de potencia de un transmisor entre
varias zonas de servicios de un sector de transmisión;
- la figura 2 muestra un ejemplo de distribución
de potencia entre varias zonas de servicios, para una potencia
total de 40 W del transmisor;
- la figura 3 representa gráficamente la
distribución del tráfico en un sector de transmisión, en función de
la atenuación en transmisión/recepción dentro del sector;
- la figura 4 representa un organigrama de las
etapas del procedimiento en un modo de realización de la
invención;
- la figura 5 muestra un ejemplo de sistema
informático de acuerdo con la invención, y un plano geográfico con
distribución del tráfico utilizado en el procedimiento de reparto de
potencia de acuerdo con la invención para permitir una distribución
equitativa del tráfico entre las portadoras de cada sector de
transmisión.
Haciendo referencia a la figura 1, la
herramienta de planificación de potencia destinada a la optimización
de una red celular de telecomunicaciones (N) consiste en un sistema
informático (1) dotado de un módulo de cálculo (10), de medios de
memoria (11) y de medios de selección (12) para seleccionar unos
sectores de emisión (Sc) respectivos, asociados a un transmisor (E)
de una estación radioeléctrica terrestre de base (BTS). En un modo
de realización preferido de la invención, los medios de memoria (11)
permiten almacenar datos (d1) representativos de zonas geográficas
distribuidas en una pluralidad de puntos o píxeles (301, 302, 303,
véase la figura 5) de acuerdo con la distribución de dicha red, en
segundo lugar, datos (d2) característicos de sectores (Sc) y de
transmisores (E) de la red (N), en tercer lugar, de datos (d3)
representativos de la atenuación radioeléctrica en
transmisión/recepción para cada sector (Sc) y en cuarto lugar, de
datos (d4) representativos de la distribución y del volumen del
tráfico en la red (N).
Como ya se conoce, durante el despliegue de la
cobertura de una red (N) de radiocomunicación, las células se
despliegan para garantizar una continuidad de esta cobertura. De
acuerdo con la invención, la zona de cobertura de cada transmisor
(E) se calcula utilizando un modelo de predicción asociado a bases
de datos (d1) representativas de zonas geográficas, y que contienen
informaciones de altimetría y de morfología del terreno adecuadas.
La probabilidad de conexión a cada transmisor (E) se calcula en
cada punto o píxel (301, 302, 303) de la zona de estudio, de tal
forma que para cada transmisor (E) se pueden definir sectores
geográficos de transmisión (Sc). Una planificación de
radiofrecuencias utilizadas por un transmisor dado permite reducir
al mínimo las interferencias (minimizando la relación C/I de la
señal útil con respecto a la señal interferida) y maximizar la tasa
de transferencia binaria en cada punto (301, 302, 303).
Una cartografía del tráfico puede asociarse a
las probabilidades en cada punto de conexión en cada célula para
definir precisamente el tráfico esperado dentro de cada célula. El
sistema informático (1) sirve por ejemplo en la etapa de
establecimiento de la red radioeléctrica objetivo en una zona
geográfica, y permite crear diferentes mapas de tráfico. Las
informaciones de tráfico obtenidas con la red ya existente se
utilizan para prever un despliegue juicioso de la cobertura
radioeléctrica.
Haciendo referencia a la figura 5, se muestra en
un dispositivo interactivo (3) de selección o de visualización del
sistema informático (1), una representación gráfica de un mapa (30)
de distribución del tráfico del circuito de radiocomunicación
(tráfico de datos, exclusivamente) en una zona geográfica para la
que la red objetivo está en curso de definición. El mapa (30)
representa gráficamente una superposición de datos entre, por una
parte, unos primeros datos de un mapa digital, y por otra parte, de
los datos representativos del tráfico en el circuito de
radiocomunicación de los abonados a la red, estando dichos datos,
por ejemplo, almacenados en los medios de memoria (11). El módulo
de cálculo (10), de tipo unidad central o analógica, los medios de
memoria (11) y los medios de selección a través de un teclado con
ratón u otro dispositivo y de presentación de datos a través de una
pantalla de visualización interactiva (3), no se han representado en
detalle.
Los datos representativos del tráfico de los
circuitos de radiocomunicación incluyen datos suministrados por
medios de recuento (4) y extraídos de, al menos, un centro de
supervisión de equipos (OMC) por medios de extracción (15) y medios
de tabulación procesados por el sistema informático (1). Estos datos
extraídos pueden consistir en medios de medida del tráfico o en
diversas series de medidas cuantitativas y cualitativas del tráfico,
repartidas en diferentes puntos de la zona geográfica estudiada.
Cada serie de medidas corresponde por ejemplo a una franja horaria
diferente para una misma localización. En un modo de realización de
la invención, los medios (15) de extracción y de tabulación
permiten clasificar las medidas en función de las fichas geográficas
y de las franjas horarias. En el ejemplo no limitativo de una red
UMTS, la medida unitaria del tráfico se sitúa al nivel de la
célula.
En un modo de realización de la invención, los
datos relativos al tráfico actual son suministrados por medios de
recuento (4) de tipo APIC (Análisis del Rendimiento a partir de
Indicadores y Contadores). Estos medios de recuento (4) permiten
almacenar durante varias semanas los recuentos de los centros de
supervisión (OMC) y pueden suministrar indicadores complejos a
partir de la evolución de dichos contadores. Una herramienta tipo
APIC permite, por ejemplo, consolidar a nivel nacional la extracción
de los contadores de los diferentes centros de supervisión (OMC).
Las medidas consisten, por ejemplo, en medias calculadas a partir de
las medidas tomadas en cualquier punto o píxel a lo largo de una
semana, y pueden reagruparse en una base de datos a la que puede
acceder el sistema (1), en forma de archivos o tablas de
tráfico.
En el modo de realización de la figura 5, los
píxeles (301, 302, 303) asocian un color de identificación o una
trama gráfica o analógica en función de cada nivel de valor de
tráfico (nvt), expresado en mE/km^{2} o una unidad equivalente de
tráfico representativa de la ocupación de recursos de radio. Por
ejemplo, los píxeles (301) correspondientes a un tráfico entre
10.000 y 30.000 mE/km^{2} se representan con un tono cálido en
una trama oscura, los píxeles (302) correspondientes a un tráfico no
superior a 500 mE/km^{2} se representan con un tono cálido claro
y los píxeles (303) con un tráfico escaso con otro tono. De forma no
limitativa, se prevé preferiblemente una gradación mucho más
estrecha de los niveles de valor de trafico (nvt) para permitir un
mejor análisis de la red (N).
La ficha de distribución del tráfico (30)
obtenida de este modo presenta la ventaja de ser independiente con
respecto al sistema o infraestructura de radiocomunicación
utilizados y de la red celular correspondiente, lo que permite
prever eficazmente el tráfico cuando se cambia de sistema. De este
modo, habrá que añadir portadoras adicionales en los puntos en los
que el tráfico lo precise. Por ejemplo, ciertos sectores (Sc, figura
1) con un tráfico elevado podrán dotarse de 3 portadoras, (Po)
mientras que una sola portadora podrá bastar para otros sectores
correspondientes a zonas con un tráfico escaso.
Una vez determinado el número de transmisores
(E), el sistema (1) de la invención permite ventajosamente
planificar conjuntamente la potencia P y la frecuencia f de cada
portadora (Po) en el interior de cada sector (Sc) de transmisión.
Haciendo referencia a la figura 1, el módulo de cálculo (10) está
dotado, por ejemplo, de medios de asociación para asociar unas
portadoras (Po1, Po2, PoN-1, PoN) de un transmisor
(E) determinado a unas zonas de servicio (2), utilizando los datos
(d1, d2, d3, d4) almacenados en los medios de memoria (11) para
distribuir de forma equitativa y optimizada el tráfico total a
canalizar (T) del sector (Sc) en dichas zonas de servicio (2).
Dicho de otro modo, el sistema pretende asociar cada portadora (Po)
a una zona de servicio (2) de forma optimizada para que cada
portadora (Po) se encargue de una parte igual (T/N) del tráfico
total (T) a canalizar a través de un sector (Sc).
Haciendo referencia a la figura 3, las zonas de
servicio (2) pueden dividirse en función de unos umbrales de
atenuación de la señal radioeléctrica de transmisión/recepción (S1,
S2). En la práctica, esto se traduce por una división en coronas
geográficas para las zonas de servicio (21, 22, 23), como se muestra
en las figuras 1 y 2. En el ejemplo de la figura 3, los medios de
asociación del módulo de cálculo (10) garantizan una distribución
del tráfico total (T) a canalizar en el sector (Sc) en N porciones
de tráfico (T/N) en N zonas de servicios (2) complementarias
determinadas en función de su atenuación radioeléctrica. Estos
medios asocian además una frecuencia determinada (f1, f2, f3) a
cada zona de servicio (21, 22, 23), de tal forma que las diferentes
portadoras (Po) utilizadas en un sector (Sc) estén respectivamente
asociadas a una sola zona de servicio (2) del sector (Sc). La
delimitación de las coronas se determina por cada sector (Sc) en
función de umbrales de atenuación (S1, S2, figura 3). Por ejemplo,
una primera zona de servicio (21) reagrupa los píxeles cuya
atenuación de propagación de la señal radioeléctrica en
transmisión/recepción sea inferior a un primer umbral determinado
(S1), mientras que al menos una segunda zona de servicio (22, 23)
reagrupa los píxeles cuya atenuación de propagación de la señal
radioeléctrica en transmisión/recepción está comprendida entre dicho
primer umbral (S1) y una atenuación máxima predeterminada
(Max).
El sistema informático (1) incluye, de acuerdo
con la invención, medios (13) de ajuste de la potencia de
transmisión para que cada portadora (Po) se encargue del tráfico a
canalizar sobre una corona geográfica acotada por las potencias
relativas respectivas de las portadoras adyacentes y/o
co-localizadas. El sistema (1) está adaptado para
calcular los umbrales de potencia en el interior de un mismo sector
(Sc) y dispone de medios (13) para ajustar la potencia de
transmisión de cada una de las portadoras (Po) en función de una
determinación, efectuada por el módulo de cálculo (10) de un
reparto de potencia del transmisor (E) entre las portadoras (Po) de
un mismo sector (Sc).
La redirección de cada terminal radioeléctrico
de usuario hacia una u otra de las frecuencias de un mismo sector
(Sc) está gestionada por el sistema informático (1), por ejemplo, en
función de la configuración de la red, de la diferencia de nivel de
campos recibido entre las frecuencias del sector (Sc), y de la carga
de las diferentes frecuencias del sector (Sc). La optimización
llevada a cabo por el sistema se efectúa, en sentido descendente,
desde la estación base (BTS) hacia el terminal radioeléctrico, pues
el tráfico de datos (traffic data) es muy asimétrico.
El procedimiento para planificación de potencia
va a describirse ahora más específicamente, haciendo referencia a
las figuras 1 a 4.
El procedimiento de acuerdo con la invención se
aplica a una red celular de radiocomunicación (N) con un acceso de
tipo CDMA y precisa una etapa (40) de inicialización en el curso de
la cual el sistema (1) inicializa el conjunto de parámetros de
configuración del problema a resolver, y más concretamente:
- una relación (d21) de los sectores (Sc) y sus
características de potencia disponible;
- matrices de atenuación de propagación (d30)
para cada sector;
- una matriz de distribución del tráfico
(d41);
- un coeficiente de utilización representativo
de un volumen de tráfico (d42);
- especificaciones (d22) de número de portadoras
por sector;
- reglas de correspondencia (d23) para asociar
las portadoras a los amplificadores del transmisor; y
- parámetros de estimación (d5) previstos para
ser utilizados, al menos, en una función de convergencia (TEMP) que
sirve para verificar que dicho ajuste de potencias corresponde
concretamente a la obtención de un máximo de la suma de capacidades
de tráfico de las portadoras (Po) en el conjunto de sectores
(Sc).
Previamente se lleva a cabo una etapa (41) de
cálculo de la distribución del tráfico en una zona correspondiente
a la cobertura de la red (N) para permitir la posterior
optimización, mediante planificación, de la potencia de cada
transmisor (E). Esta etapa (41) de cálculo de la distribución del
tráfico utiliza los mapas de distribución de tráfico para calcular
el tráfico en cada uno de los píxeles, y tiene en cuenta, mediante
datos (d3) representativos de la atenuación radioeléctrica de
transmisión/recepción para cada sector (Sc), una atenuación Si entre
el transmisor y el receptor en el sector estudiado y una
probabilidad de asignación al sector en función del campo recibido
y del nivel de recepción de los sectores adyacentes.
El tráfico puede orientarse mediante la
herramienta RRM ("Radio Resources Management [gestión de recursos
radioeléctricos"]) de la tecnología de acceso radioeléctrico
hacia una u otra de las portadoras, en función de un modo
algorítmico específico. Por ejemplo, la elección puede basarse en un
criterio de nivel de campo recibido con respecto a unos umbrales de
referencia. En una primera etapa, la distribución del tráfico en
función de la atenuación de propagación estimada entre el transmisor
(E) y cada punto puede ser definida para cada sector de cada
estación (BTS), como se muestra en la figura 3. En cada zona
elemental de cobertura representada por un píxel (301, 302, 303) de
coordenadas "x, y" y para cada sector (Sc), el procedimiento
utiliza:
- la atenuación "pathloss" entre el
transmisor y el receptor en el sector correspondiente, siendo
- ppath (x, y) = 1 si pathloss (x, y) =
PATHLOSS, o de lo contrario, ppath (x, y) = 0
- la probabilidad \rhoass (sector, x,y) de
asignación al sector (Sc) en función de este campo recibido y del
nivel de recepción de los sectores adyacentes, calculándose dicha
probabilidad de acuerdo con la desviación tipo del modelo de
predicción,
- la estimación de tráfico en este punto
"tráfico (x,y)" procedente de la cartografía del tráfico en la
zona estudiada.
La función pathloss (x, y) corresponde a la
atenuación radioeléctrica, que está en función de la distancia con
respecto al transmisor (E). Esta función está especificada, por
ejemplo, mediante una fórmula explícita que utiliza parámetros de
calibración, o se obtiene mediante calibración con una lista de
parámetros, y puede arrojar un valor entero denominado PATHLOSS en
cada punto donde exista un tráfico. Esta función facilita de este
modo los valores de atenuación PATHLOSS que van a utilizarse para
permitir la distribución del tráfico en el seno de un sector (Sc).
De este modo se obtiene, de acuerdo con la invención, mediante el
barrido del conjunto de los valores PATHLOSS para cada sector (Sc),
la función de distribución acumulativa del tráfico a canalizar en
función del nivel de atenuación PATHLOSS en el sector considerado,
como se muestra en la figura 3:
Tráfico(sector,
PATHLOSS)=\int tráfico(x,y) * \rho_{ass} (sector, x,y) *
\rho_{ass}(x,y)
dxdy
En el ejemplo de la figura 3, se buscan unos
umbrales (S1, S2) de atenuación para distribuir de forma equitativa
la demanda de tráfico en N porciones iguales. El número N de
portadoras (Po1, Po2, PoN-1, PoN) del sector (Sc)
puede ser directamente especificado por el usuario del sistema (1),
o calcularse a través del módulo de cálculo (10) del sistema (1).
En este último caso, el tráfico total (T) en un sector (Sc) se
calcula integrando la función de distribución mostrada en la figura
3 para todos los valores de atenuación PATHLOSS y multiplicándola
por un coeficiente de utilización (que permite representar el
volumen de tráfico) especificado por el usuario. El tráfico total
(T) del sector (Sc) se obtiene, por tanto, mediante la fórmula
siguiente:
Tráfico(sector) =
utilización * \int PATHLOSS \ TRÁFICO(sector,
PATHLOSS)
Los medios de asociación del módulo de cálculo
(10) determinan el número N de portadoras necesarias (Po) resultante
de la división de este tráfico total (T) por la capacidad de cada
portadora, tal y como ha sido configurada por el usuario. En un
modo de realización de la invención, si el número de portadoras
necesario sobrepasa el número de radiofrecuencias disponibles, se
visualizará un mensaje de advertencia a través del dispositivo
interactivo (3).
Haciendo referencia a la figura 4, el módulo de
cálculo (10) lleva a cabo una etapa (42) de asignación de
portadoras a zonas de servicio (2) teniendo en cuenta el número N de
portadoras (Po) determinado para cada transmisor (E). Los umbrales
de atenuación (S1, S2) que permiten distribuir de forma equitativa
el tráfico total (T) a canalizar en N porciones iguales (T/N) se
calculan a través de los medios de asociación del módulo de cálculo
(10) para dividir las zonas de servicio (2). Durante esta etapa
(42), el módulo de cálculo (10) garantiza la distribución del
tráfico total a canalizar (T) en N zonas de servicios (2)
complementarias determinadas en función de su atenuación
radioeléctrica, y que desde el punto de vista geográfico forman
coronas con un alejamiento creciente con respecto al transmisor
(E), como se muestra en las figuras 1 y 2. Para no penalizar las
zonas de servicio (2) más alejadas con respecto al transmisor, el
procedimiento de acuerdo con la invención propone ventajosamente la
atribución de las potencias más elevadas a estas zonas alejadas.
No obstante, el ajuste de la potencia debe
optimizarse para utilizar lo mejor posible los recursos
radioeléctricos de la red (N). En un modo de realización preferido
de la invención, el módulo de cálculo (10) realiza un reparto de
potencia del transmisor (E) entre las portadoras (Po) de un mismo
sector (Sc) utilizando un programa de optimización adaptado para
obtener, en función de un primer criterio, un máximo para la suma de
capacidades de tráfico de las portadoras (Po) del conjunto de
sectores (Sc), y en función de un segundo criterio, un mínimo de
dispersión de capacidades de tráfico aportadas individualmente por
las diferentes portadoras (Po) del sector (Sc). El módulo de
cálculo (10) puede utilizar parámetros de estimación (d5)
almacenados en los medios de memoria (11) para permitir optimizar
el reparto de potencia del transmisor (E) entre las portadoras
(Po).
Haciendo referencia a las figuras 1 y 4, el
ajuste de potencia sólo se lleva a cabo tras una etapa (44) de
planificación de frecuencias que incluye la atribución de una
frecuencia determinada (f1, f2, f3) a cada zona de servicio (21,
22, 23), de tal forma que las diferentes portadoras (Po) utilizadas
en un sector (Sc) se asocien respectivamente a una sola zona de
servicio de dicho sector (Sc). En efecto, una vez establecida la
geometría de la zona de cobertura con la ayuda de la división por
zonas de servicios (2), es preciso a continuación llevar a cabo una
etapa (43, 44) de planificación de frecuencias, por ejemplo, similar
o idéntica a la que puede llevarse a cabo para el GSM de acuerdo
con lo indicado en la patente EP 1283647 (o su equivalente US
2003/07805). Se efectúa una etapa (43) de cálculo de las
restricciones de interferencias entre portadoras (Po) con ayuda de
una matriz de compatibilidad entre todas las portadoras (Po) de
todas las células. El sistema (1) puede configurarse para marcar
las diferentes portadoras (Po) de un sector (Sc) como excluyentes
entre sí para asignar una radiofrecuencia. Como la invención se
aplica a las tecnologías de intercambio de datos, como 3GPP HSDPA y
CDMA 2000 1x EvDO, que soportan un factor de reutilización de 1 para
las frecuencias, la influencia de las interferencias de las
frecuencias adyacentes puede ignorarse, lo que permite acelerar la
etapa de planificación de frecuencias (43, 44). La etapa (44) de
planificación de frecuencias propiamente dicha se inicia a
continuación de manera secuencial. Es preciso destacar aquí que esta
etapa resulta más fácil que en el caso del GSM, pues el número de
frecuencias es muy inferior en los sistemas de tipo CDMA (mayor
anchura de canal, los canales tienen, por ejemplo, un ancho de 1,25
o 5 MHz).
El resultado de la etapa (44) de planificación
de frecuencias permite entonces calcular unos mapas de relación
señal/ruido SNR en cada punto y para cada portadora, (Po), de la
forma siguiente:
\vskip1.000000\baselineskip
El tráfico que puede ser canalizado por una
portadora, o dicho de otro modo, la capacidad de una portadora
(Po), puede calcularse a continuación en función de las potencias
asignadas a cada portadora de un transmisor (E). De acuerdo con la
invención, esta capacidad se determina con ayuda de una función
discreta Perf(SNR) configurada por el usuario en función de
las características de la tecnología de acceso radioeléctrico:
Capacidad(portadora)=\int
x,y \ Perf(SNR(portadora,
x,y))
De forma predeterminada se puede utilizar la
fórmula de Shannon-Hartley:
Perf(SNR)=W*log2(1+SNR)
donde W corresponde al ancho de
banda (Hz) y SNR es la relación señal/ruido (considerando un ruido
blanco
gaussiano), correspondiendo Perf(SNR) a una capacidad o tasa de transferencia (por el transmisor) en bit/s.
gaussiano), correspondiendo Perf(SNR) a una capacidad o tasa de transferencia (por el transmisor) en bit/s.
En el sector (Sc), la capacidad de tráfico es la
suma del tráfico que puede ser canalizado por cada portadora
(Po1, Po2, PoN-1, PoN) del sector, calculándose dicha capacidad de tráfico como sigue:
(Po1, Po2, PoN-1, PoN) del sector, calculándose dicha capacidad de tráfico como sigue:
Capacidad(sector)
\SigmaiCapacidad (Pi del
sector);
estando i comprendido entre 1 y
N
La etapa (45) de ajuste de potencias puede
realizarse para cada una de las portadoras (Po). Esta etapa (45)
incluye, como se ha mencionado anteriormente, la determinación para
cada zona de servicio (2) de relaciones señal/ruido en cada píxel,
seguida de la determinación de las capacidades de tráfico por las
portadoras (Po) en el interior de una zona de servicio (2). Esta
etapa consiste entonces en un reparto de potencia del transmisor
(E) entre las portadoras de un mismo sector (Sc). Esta distribución
se lleva a cabo de una forma determinada por el módulo de cálculo
(10) para obtener un máximo de la suma de capacidades de tráfico de
las portadoras (Po) del conjunto de sectores (Sc). Además de este
primer criterio, también es conveniente realizar una distribución
equitativa del tráfico entre las zonas de servicio (2). Para ello,
se tiene en cuenta un segundo criterio de equilibrio del tráfico
entre cada portadora (Po) de un mismo sector (Sc).
La distribución se permite mediante un ajuste de
los transmisores (E) de las estaciones de base (BTS). Efectivamente,
la amplificación de potencia de banda ancha permite transmitir una
señal de diferente potencia a través de varias portadoras (Po)
distribuyendo la potencia del amplificador. Los medios (13) de
ajuste del sistema informático (1) están previstos para permitir
ajustar la distribución de dicha potencia. Una distribución desigual
de la potencia entre cada canal de transmisión permite optimizar la
cobertura radioeléctrica, estando esta última limitada por la
portadora (PN) que dispone de mayor potencia. Como se muestra en la
figura 2, una distribución desigual de la potencia entre varias
zonas de servicios (2) de un sector (Sc) permite transmitir los
datos a la zona de servicio más alejada (y que por tanto, tiene la
atenuación radioeléctrica mayor) con una buena tasa de
transferencia gracias a la atribución de una mayoría de la potencia
total para la portadora (PN) asociada a esta zona que forma la
última corona geográfica. En un sector (Sc) de tres zonas de
servicios, como se muestra en la figura 2, si por ejemplo el
amplificador tiene una potencia de 40 W para transmitir radio, podrá
atribuirse una potencia (P2) de 30 W a la portadora (Po2,
frecuencia f2) que da servicio a la zona que forma la última
corona, podrá atribuirse una potencia (P3) de 8 W a la portadora
(Po3, frecuencia f3) que presta servicio a la zona que forma la
segunda corona, y solamente podrá atribuirse una potencia (P1) de 2
W a la portadora (Po1, frecuencia f1) que presta servicio a la zona
de servicio más próxima al emisor (E) y que corresponde a la
primera corona.
Los medios de ajuste (13) del sistema (1) llevan
a cabo la distribución teniendo en cuenta especialmente las
siguientes informaciones, configuradas por el usuario:
- la potencia del amplificador que presta
servicio a la portadora (Po);
- la lista de las demás portadoras (Po)
amplificadas por el mismo amplificador.
Haciendo referencia a la figura 4, la etapa (45)
de ajuste de potencias (P1, P2, P3, P1', P2', P3') de cada una de
las portadoras (Po) puede incluir, para cada sector (Sc), una
primera etapa (46) de estimación de convergencia entre el primer
criterio correspondiente a la obtención de un máximo de la suma de
capacidades de tráfico de las portadoras (Po) del conjunto de
sectores (Sc) y el segundo criterio correspondiente a la obtención
de un mínimo de dispersión de capacidades de tráfico aportadas
individualmente por las diferentes portadoras (Po) del sector (Sc).
Esta etapa de estimación de convergencia (46) incluye por ejemplo el
cálculo de una función de convergencia (TEMP) configurada POR el
usuario. Esta función de convergencia (TEMP) puede corresponder a
una diferencia entre un primer valor representativo del primer
criterio y un valor representativo del segundo criterio. La
evolución de esta diferencia se calcula, por ejemplo, mediante la
determinación de la variación de esta diferencia entre un número
configurado Xi de cálculos sucesivos de dicha función (TEMP)
realizados para tener en cuenta las modificaciones de el reparto de
potencia, comparándose después esta evolución con un umbral de
aceptación Xa que no debe superarse para que la convergencia sea
aceptable. A modo de ejemplo no limitativo, para Xi = 1, la
evolución calculada corresponde a la variación entre dos cálculos
sucesivos. Se inicia una reiteración (R1) de el reparto de potencia
del emisor entre las portadoras (Po) de un mismo sector (Sc) en el
caso de que dicha variación sobrepase el umbral de aceptación Xa, al
efectuar la primera etapa (46) de estimación de convergencia entre
dichos primer y segundo criterios.
En un modo de realización de la invención, la
función de convergencia (TEMP) se define como sigue:
TEMP=C1\cdot\Sigma
scapacidad(Sc) - C2\cdot\Sigma s\Sigma
Pi|capacidad(Pi)
-capacidad(Sc)/Nsector|;
donde:
- C1 y C2 son los pesos respectivos del primer y
del segundo criterio;
- \SigmaS capacidad (Sc) es la suma de
capacidades de cada sector (Sc).
- capacidad (Sc)/Nsector es la capacidad media
de las portadoras en un sector (Sc) de N portadoras.
Esta función de convergencia (TEMP) se calcula,
por ejemplo, para cada variación elemental de la potencia de una
portadora (Po), respetándose por tanto los límites de cada
amplificador. Haciendo referencia a la figura 4, la primera etapa
(46) de estimación de convergencia de los dos criterios se efectúa
para optimizar la distribución de las potencias, utilizando la
optimización un método basado en las técnicas de "recocido"
simulado. El usuario puede fijar dos parámetros, como un umbral de
aceptación Xa y una serie de repeticiones Xi para que dicha
optimización sea efectuada hasta que la variación de la función de
convergencia (TEMP) a lo largo de Xi repeticiones sea inferior al
umbral Xa. Se conserva la solución correspondiente al valor más
elevado para la función de convergencia (TEMP). Efectivamente, como
el valor de esta función (TEMP) corresponde a una diferencia entre
un primer elemento representativo de la capacidad global y un
segundo elemento representativo de la disparidad de las portadoras
(Po) en el interior de cada sector (Sc), se entiende que este valor
será tanto más grande cuanto más elevada sea la capacidad global
(primer criterio con ponderación C1) y que el tráfico en los
sectores (Sc) se distribuye entre las zonas de servicio (2) de la
misma forma (segundo criterio con ponderación C2).
Cuando el resultado engendrado por la
distribución de las potencias provoca modificaciones que hacen que
la etapa de planificación de frecuencias (43, 44) sea inferior a la
óptima, debido a los cambios de potencia a nivel de los emisores
(E), es necesario volver a efectuar una planificación de frecuencia
con estas nuevas potencias. Como se muestra en la figura 4, la
etapa (45) de ajuste de potencias va seguida por una etapa (47) de
cálculo de nuevos límites de frecuencia derivados del ajuste de
potencias. A continuación se efectúa una segunda etapa (48) de
estimación de convergencia entre dichos primer y segundo criterios,
utilizando un umbral de aceptación Xa' y diversas repeticiones Xi'
configuradas por el usuario. De acuerdo con el mismo principio que
en la primera etapa de cálculo (46), el módulo de cálculo (10)
conserva entre las distintas soluciones (almacenadas en memoria en
el sistema) la solución que permite obtener el valor más elevado
para la función de convergencia (TEMP).
Hasta que no se alcanza el número de
repeticiones Xi, la primera etapa (46) de cálculo no selecciona
ninguna solución y regresa automáticamente a la etapa (45) de
ajuste de potencias. Cuando se alcanza y se sobrepasa dicho número
Xi, se efectúa una comparación de la variación entre el umbral de
aceptación Xa y dicha evolución de la función de convergencia
(TEMP). Cuando la variación de la función (TEMP) a lo largo de Xi
ciclos sobrepasa el umbral Xa, se considera que no se da la
convergencia, lo que inicia la repetición (R1) de el reparto de
potencia.
De la misma forma, la segunda etapa (48) de
estimación de convergencia entre dichos primer y segundo criterios
irá seguida de una repetición (R2) de las anteriores etapas (43, 44)
de cálculo de límites de interferencias entre portadoras (Po) y de
planificación de frecuencias hasta que la variación de la función
(TEMP) para Xi' ciclos sobrepase el umbral de aceptación Xa'. En la
práctica, teniendo en cuenta el escaso número de frecuencias, se
puede seleccionar Xi'=2 y se obtiene un resultado satisfactorio tras
varias repeticiones en la etapa (43) de cálculo de límites. De este
modo, la segunda etapa (48) de cálculo puede ser declarada positiva
cuando la variación de la función (TEMP) a lo largo de Xi'=2
repeticiones sea inferior al umbral de aceptación Xa'.
Naturalmente, también puede tomarse Xi'=1 o tomarse unos valores
superiores a 2.
Haciendo referencia a la figura 4, la solución
que permite obtener el valor más elevado para la función de
convergencia (TEMP) obtenida después de la segunda etapa (48) de
cálculo sirve en una etapa (49) de recálculo de zonas de servicio
(2) de cada portadora (Po). Esta etapa (49) de recálculo tiene en
cuenta sobre todo las modificaciones resultantes del anterior
ajuste de potencias. A ello sigue una tercera etapa (50) de
estimación de convergencia entre dichos primer y segundo criterios,
de acuerdo con el mismo principio de las dos anteriores etapas de
cálculo (46, 48). El umbral de aceptación Xa'' y el número de
repeticiones Xi'' son configurados por el usuario para asegurarse
de la convergencia en la evolución de la función de convergencia
(TEMP).
Cuando la variación de la función (TEMP) para
Xi'' ciclos sobrepasa el umbral de aceptación Xa'', la tercera
etapa (50) de estimación de convergencia entre dichos primer y
segundo criterios va seguida de una repetición (R3) de la etapa
(42) de cálculo de las zonas de servicios (2) a las que deben
asignarse las portadoras (Po). En la práctica, teniendo en cuenta
el reducido número de frecuencias (con respecto al GSM), un escaso
número de repeticiones permite converger hacia un resultado
satisfactorio. Cuando la tercera etapa (48) de cálculo se declara
positiva, los parámetros correspondientes a la solución optimizada
se conservan y memorizan en una etapa (50) de finalización del
proceso.
En esta etapa de finalización (50), el sistema
informático (1) conserva los siguientes parámetros de
optimización:
- el número de portadoras (Po);
- la frecuencia a utilizar para cada una de las
portadoras (Po);
- la potencia para cada una de las portadoras
(Po); y
- para cada portadora (Po), los umbrales de
potencia recibida para la selección de la portadora entre las
diferentes portadoras del sector (Sc).
Una de las ventajas de la invención consiste en
facilitar una solución optimizada a los problemas de las zonas de
cobertura con una escasa tasa de transferencia en los sistemas de
transmisión de datos de tercera generación que no exigen una
conexión a dos células de la misma frecuencia (restricción de
"soft handover [transferencia entre células"]). La invención
permite la posibilidad de maximizar la capacidad de la red (N),
ajustando la potencia de cada portadora (Po) para canalizar
eficazmente la totalidad del tráfico y ofrecer una tasa de
transferencia optimizada en la zona de cobertura. Además, este tipo
de solución permite adaptarse a la evolución de las necesidades de
capacidad de una red, distribuyendo de forma desigual la potencia
entre las portadoras (Po). Esta distribución resulta económica, ya
que durante la mayor parte del tiempo evita tener que recurrir a un
amplificador suplementario para la emisión de datos.
Debe ser evidente para las personas versadas en
la materia que la presente invención permite unos modos de
realización bajo otras numerosas formas específicas, sin apartarse
del ámbito de aplicación de la invención, según se reivindica. Por
consiguiente, estos modos de realización deben considerarse a título
de ejemplo, pudiendo ser modificados dentro del ámbito definido por
el alcance de las reivindicaciones adjuntas, sin que la invención
deba limitarse a los detalles facilitados anteriormente.
\vskip1.000000\baselineskip
La lista de referencias citada por el
solicitante lo es solamente para utilidad del lector, no formando
parte de los documentos de patente europeos. Aún cuando las
referencias han sido cuidadosamente recopiladas, no pueden
excluirse errores u omisiones y la OEP rechaza toda responsabilidad
a este respecto.
- \bullet WO-2005011154 A [0007]
- \bullet EP 1283647 A [0062]
- \bullet EP 1335616 A [0011]
- \bullet US 200307805 B [0062]
Claims (21)
1. Procedimiento para planificación de potencia
en una red celular de radiocomunicación (N) teniendo como
característica permitir la reutilización de una misma frecuencia en
todas las células de una red (por ejemplo, acceso de tipo CDMA),
dotada de estaciones radioeléctricas terrestres de base (BTS) y que
dispone de transmisores (E) para transmitir datos en sectores de
transmisión (Sc) determinados y garantizar una cobertura
radioeléctrica en las zonas que definen las respectivas células,
ejecutándose dicho procedimiento a través de un sistema informático
(1) dotado de medios de memoria (11) para almacenar datos (d1)
representativos de zonas geográficas, divididas en una pluralidad
de puntos o píxeles (301, 302, 303) en función de la división de
dicha red, datos (d2) característicos de sectores (Sc) y de
transmisores (E) de la red, datos (d3) representativos de la
atenuación radioeléctrica de transmisión/recepción para cada sector
(Sc), datos (d4) y datos representativos de la distribución y del
volumen del tráfico en la red, estando caracterizado dicho
procedimiento porque un módulo de cálculo (10) del sistema
informático (1) realiza, para cada sector de transmisión (Sc)
asociado a un transmisor (E) con una pluralidad de portadoras (Po1,
Po2, PoN-1, PoN), una etapa (42) de asignación de
portadoras a zonas de servicio (2), utilizando dicho módulo de
cálculo (10) los datos (d1, d2, d3, d4) almacenados en los medios
de memoria (11) para distribuir el tráfico total (T) del sector (Sc)
a canalizar en N porciones de tráfico (T/N) en N zonas de servicio
(2) complementarias determinadas en función de su atenuación
radioeléctrica, y que forman, desde el punto de vista geográfico,
coronas con un creciente alejamiento respecto del transmisor (E),
comprendiendo adicionalmente dicho procedimiento:
- una etapa (44) de planificación de frecuencias
que incluye atribuir una frecuencia determinada (f1, f2, f3) a cada
zona de servicio (21, 22, 23), de tal forma que las distintas
portadoras (Po) utilizadas en un sector (Sc) están asociadas
respectivamente a una sola zona de servicio de dicho sector
(Sc);
- una etapa (45) de ajuste de potencias de cada
una de las portadoras, que incluye la determinación por el módulo
de cálculo (10), para cada zona de servicio (2), de las relaciones
señal/ruido en cada píxel y de una capacidad de tráfico por la
portadora (Po) asociada a esta zona de servicio (2), llevándose a
cabo un reparto de la potencia del transmisor entre las portadoras
de un mismo sector (Sc) que se realiza de manera determinada por el
módulo de cálculo (10) para que dicha etapa (45) de ajuste de
potencias corresponda a la obtención de un máximo de la suma de
capacidades de tráfico de las portadoras (Po) para cada sector (Sc),
obteniéndose dicho máximo al menos mediante una comparación
realizada por el módulo de cálculo (10) entre varias diferentes
soluciones de reparto de potencia entre portadoras
(Po).
(Po).
2. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, en el que el reparto de la potencia del transmisor
(E) entre las portadoras (Po) de un mismo sector (Sc) se realiza de
una forma determinada por el módulo de cálculo (10) para que dicha
etapa (45) de ajuste de potencias corresponda a la obtención de un
mínimo de dispersión de capacidades de tráfico aportadas
individualmente por las diferentes portadoras (Po) del sector
(Sc).
3. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1 o 2, en el que las zonas de servicios (2) se
determinan en un sector (Sc) en función de umbrales de atenuación
(S1, S2), reagrupando una primera zona de servicio (21) aquellos
píxeles que tienen una atenuación de propagación de la señal
radioeléctrica en transmisión/recepción inferior a un primer umbral
determinado (S1), mientras que, al menos, una segunda zona de
servicio (22, 23) reagrupa los píxeles con una atenuación de
propagación de la señal radioeléctrica en transmisión/recepción
comprendida entre dicho primer umbral (S1) y un máximo de atenuación
predeterminado (Max).
4. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 3, que incluye una etapa (40) etapa de
inicialización de los siguientes parámetros de configuración:
- una lista (d21) de sectores (Sc) y de sus
características de potencia disponible;
- matrices de atenuación de propagación (d30)
para cada sector;
- una matriz de distribución del tráfico
(d41);
- un coeficiente de utilización representativo
de un volumen de tráfico (d42);
- especificaciones (d22) del número de
portadoras por sector;
- reglas de correspondencia (d23) para asociar
las portadoras a los amplificadores de un transmisor;
- parámetros de estimación (d5) previstos para
ser utilizados en, al menos, una función de convergencia (TEMP) que
sirve para verificar si dicho ajuste de potencias se corresponde con
la obtención de un máximo de la suma de capacidades de tráfico de
las portadoras (Po) del conjunto de sectores (Sc).
5. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 4, en el que los datos (d4) representativos de
la distribución y del volumen del tráfico en la red comprenden mapas
de distribución de tráfico realizados a través del sistema
informático (1), utilizando datos representativos de zonas
geográficas y de datos representativos del tráfico en la red de
abonados de dicha red, incluyendo medidas cuantitativas y
cualitativas del tráfico de abonados a través de la red,
correspondiendo dichas medidas, al menos, a una franja horaria
predeterminada, obteniéndose al menos un mapa (30) de distribución
del tráfico de la red tras la selección de, al menos, una zona
geográfica mediante medios interactivos (3) entre el usuario y dicho
sistema informático (1) y una recuperación por dicho sistema (1) de
datos representativos del tráfico correspondiente a dicha zona
geográfica seleccionada y de una franja horaria específica para
formar, mediante tratamiento de dichos datos a través del sistema
informático (1), datos representativos de células de cobertura
asociadas a cada transmisor.
6. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 5, en el que los datos representativos del tráfico en
la red de radiocomunicación (N) comprenden datos suministrados por
medios de recuento (4) y extraídos de, al menos, un centro de
supervisión de equipos (OMC) a través de medios de extracción y de
tabulación (15) de dicho sistema informático (1).
7. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 5 o 6, en el que la etapa (42) de asignación de
portadoras a zonas de servicio (2) está precedida por una etapa
(41) de cálculo de la distribución del tráfico en una zona
correspondiente a la cobertura de la red (N), utilizando la etapa
(41) de cálculo de la distribución del tráfico los mapas de
distribución de tráfico para estimar dicho tráfico en cada uno de
los píxeles, y teniendo en cuenta, por medio de datos (d3)
representativos de la atenuación radioeléctrica en
transmisión/recepción para cada sector (Sc), una atenuación entre
transmisor y receptor en el sector considerado, así como una
probabilidad de asignación al sector en función del campo recibido
y del nivel de recepción de sectores adyacentes.
8. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 7, en el que la etapa (41) de cálculo de la
distribución del tráfico comprende el cálculo de una función de
distribución acumulativa del tráfico a canalizar en función del
nivel de atenuación de propagación en cada sector (Sc)
considerado.
9. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 8, en el que la etapa (42) de asignación de
portadoras a zonas de servicio (2) comprende, al menos para uno de
los sectores (Sc), el cálculo de un tráfico total (T) a canalizar y
la determinación de un número N de portadoras (Po) que baste para
que la capacidad del conjunto de portadoras del sector permita
canalizar el tráfico total (T).
10. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 9, en el que la etapa (44) de planificación de
frecuencias viene precedida por una etapa (43) de cálculo de
restricciones de interferencias entre portadoras (Po) incluyendo el
cálculo de una matriz de compatibilidad entre todas las portadoras
(Po) de todas las células.
11. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones 2 a 10, en el que la etapa (45) de ajuste de
potencias de cada una de las portadoras (Po) comprende para el
conjunto de sectores (Sc) una primera etapa (46) de estimación de
convergencia entre un primer criterio correspondiente a la obtención
de un máximo de la suma de capacidades de tráfico de las portadoras
(Po) de los sectores (Sc) y un segundo criterio correspondiente a
la obtención de un mínimo de dispersión de capacidades de tráfico
aportadas individualmente por las diferentes portadoras (Po) de
cada sector (Sc).
12. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 11, en el que dicha etapa (45) de ajuste de potencias
va seguida de una etapa (47) de cálculo de nuevas restricciones de
frecuencia resultantes del ajuste de potencias, efectuándose a
continuación una segunda etapa (48) de estimación de convergencia
entre dichos primer y segundo criterios.
13. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 12, que comprende una tercera etapa (50) de
estimación de convergencia entre dichos primer y segundo criterios,
llevada a cabo inmediatamente después de una etapa (49) de nuevo
cálculo de zonas de servicio (2) de cada portadora (Po), teniendo en
cuenta concretamente dicha nueva etapa (49) de nuevo cálculo las
modificaciones resultantes del ajuste de potencias.
14. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones 11 a 13, en el que cada etapa de estimación de
convergencia (46, 48, 50) comprende, al menos, un cálculo de dicha
función de convergencia (TEMP) del tipo correspondiente a una
diferencia entre un primer valor representativo del primer criterio
y un valor representativo del segundo criterio, seguido de una
comparación de la variación de dicha diferencia con un umbral de
aceptación que no debe superarse para que la convergencia sea
aceptable.
15. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 14, en el que se inicia una repetición (R1) de el
reparto de potencia del transmisor entre las portadoras de un mismo
sector (Sc) en caso de superarse el umbral de aceptación tras la
primera etapa (46) de estimación de convergencia entre dichos primer
y segundo criterios.
16. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 14 o 15, en el que se inicia una repetición (R2) de
las etapas (43, 44) de cálculo de las restricciones de
interferencias entre portadoras (Po) y de planificación de
frecuencias en caso de superarse el umbral de aceptación tras la
segunda etapa (48) de estimación de convergencia entre dichos
primer y segundo criterios.
17. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones 14 a 16, en el que se inicia una repetición (R3)
de la etapa (42) de asignación de portadoras a zonas de servicio (2)
en caso de superarse el umbral de aceptación tras la tercera etapa
(50) de estimación de convergencia entre dichos primer y segundo
criterios.
18. Sistema informático (1) para llevar a cabo
el procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones
1 a 17, que incluye un módulo de cálculo (10) y medios de memoria
(11) para almacenar los datos (d1) representativos de zonas
geográficas divididas en una pluralidad de puntos o píxeles (301,
302, 303) en función de la división de dicha red, datos (d2)
característicos de sectores (Sc) y de transmisores (E) de la red,
datos (d3) representativos de la atenuación radioeléctrica en
transmisión/recepción para cada sector (Sc), datos (d4)
representativos de la distribución y del volumen del tráfico en la
red, caracterizado porque incluye medios de selección (12)
para seleccionar cada sector de transmisión (Sc) asociado a un
transmisor, (E), comportando dicho módulo de cálculo (10) medios de
asociación para:
- asociar portadoras (Po1, Po2,
PoN-1, PoN) del transmisor (E) a zonas de servicio
(2), utilizando los datos (d1, d2, d3, d4) almacenados en los
medios de memoria (11) para distribuir el tráfico total (T) del
sector (Sc) a canalizar en N porciones de tráfico (T/N) en N zonas
de servicios (2) complementarias determinadas en función de su
atenuación radioeléctrica;
- asociar una frecuencia determinada (f1, f2,
f3) a cada zona de servicio (21, 22, 23), de forma que las
diferentes portadoras (Po) utilizadas en un sector (Sc) están
respectivamente asociadas a una sola zona de servicio de dicho
sector (Sc);
incluyendo dicho sistema informático (1) medios
(13) para ajustar la potencia de transmisión de cada una de las
portadoras (Po) en función de una determinación realizada por el
módulo de cálculo (10) de un reparto de potencia del transmisor (E)
entre las portadoras de un mismo sector (Sc).
19. Sistema de acuerdo con la reivindicación 18,
en el que el módulo de cálculo (10) lleva a cabo un reparto de
potencia del emisor (E) entre las portadoras (Po) de un mismo sector
(Sc) utilizando un programa de optimización adaptado para obtener
en función de un primer criterio un máximo para la suma de
capacidades de tráfico de las portadoras (Po) del conjunto de
sectores (Sc), y en función de un segundo criterio, un mínimo de
dispersión de capacidades de tráfico aportadas por las diferentes
portadoras (Po) del sector (Sc), siendo utilizados por el módulo de
cálculo (10) parámetros de estimación (d5) almacenados en los medios
de memoria (11) a fin de permitir la optimización del reparto de la
potencia del transmisor (E) entre las portadoras (Po).
20. Sistema de acuerdo con la reivindicación 18
o 19, en el que los medios de asociación se disponen para tener en
cuenta umbrales de atenuación (S1, S2) para determinar las zonas de
servicios (2) de un sector (Sc), reagrupando los medios de
asociación los píxeles que tienen una atenuación de propagación de
la señal radioeléctrica en transmisión/recepción inferior a un
primer umbral determinado (S1) en una primera zona de servicio (21),
y al menos en una segunda zona de servicio (22, 23), los píxeles
con una atenuación de propagación de la señal radioeléctrica en
transmisión/recepción comprendida entre dicho primer umbral (S1) y
un máximo de atenuación predeterminado (Max).
21. Sistema de acuerdo con una de las
reivindicaciones 18 a 20, que comprende en una segunda memoria (14)
datos representativos del tráfico de datos en la red, al menos, en
una franja horaria predeterminada, comprendiendo igualmente dicho
sistema:
- medios interactivos (3) entre el usuario y
dicho sistema (1), conectados a los medios de selección (12) para
seleccionar y visualizar, al menos, una de dichas zonas
geográficas;
- medios de superposición en dicha zona
geográfica seleccionada de datos representativos del tráfico en una
franja horaria determinada para formar, al menos, un mapa de
distribución (30) del tráfico, visualizada por dichos medios
interactivos (3);
- medios de extracción y de tabulación (15), a
partir de datos, suministrados por medios de recuento (4) y
extraídos de, al menos, un centro de supervisión de equipos (OMC),
de series de medidas en función de las zonas geográficas.
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