ES2327900T3 - Procedimiento y dispositivo en un sistema de telecomunicacion. - Google Patents

Abstract

Un procedimiento en un sistema de telecomunicación basado en CDMA para asignar códigos a los usuarios, en el cual se asigna a un usuario una ponderación que indica la prioridad del usuario con respecto a otros usuarios, caracterizado porque se asigna al usuario un código correspondiente a al menos una capacidad mínima que el usuario solicita, y porque el código se obtiene de un problema de optimización donde se busca el máximo para la suma de todas las capacidades asignadas con ponderación propia, siempre que la capacidad máxima del sistema no sea superada por dicha suma.

Description

Procedimiento y dispositivo en un sistema de telecomunicación.

Campo técnico

La presente invención se refiere a un procedimiento y a un sistema de telecomunicación digital, donde se aplica la transmisión codificada. La invención se dirige específicamente a la asignación de recursos en el sistema CDMA a los usuarios, a fin de lograr una utilización óptima de la gama disponible de frecuencias en el aire.

Tecnología anterior

Dentro de la comunicación móvil, la tecnología se ha desarrollado desde que aparecieron los primeros sistemas. En los primeros sistemas, según la Figura 1, una gama S se adjudicaba dentro de un espectro dado de frecuencias. A fin de satisfacer las necesidades de comunicación, la gama S se dividía en un cierto número de canales, k, que se adjudicaban a los usuarios. En estos primeros sistemas, los k canales eran del mismo tamaño, y la capacidad de transmisión era la misma para todos los usuarios, independientemente de su necesidad. Los sistemas con esta estructura sólo permiten una transmisión (comunicación) por vez, correspondiente al número de canales que estén disponibles dentro de un área.

De forma concurrente con el crecimiento de la comunicación móvil, ha aumentado la necesidad de un mayor número de transmisiones. Esto ha sido abordado con la introducción de la comunicación digitalizada, que se muestra en la Figura 2. En este caso la gama, S, se divide aún en un cierto número de canales, pero la información se transmite en ranuras temporales, T1, T2, etc. Esta tecnología se llama TDMA, que aumenta considerablemente la capacidad de transmisión en las redes móviles por radio. La tecnología, por consiguiente, hace posible que más transmisiones compartan la misma frecuencia.

Lo que es común para cada tecnología mencionada anteriormente es que han sido creadas para la transmisión, en primer lugar, de la voz, y que han sido dotadas de tramas fijas para su utilización.

Un desarrollo del sistema TDMA es el sistema CDMA, donde la gama S no se divide en un cierto número de canales, sino que se utiliza la gama disponible en su totalidad, donde se utilizan códigos definidos para discernir entre los trozos de información que serán identificados. La tecnología para la identificación y la clasificación de información es conocida en sí misma desde hace tiempo para los expertos en el campo.

Problema técnico

En el estado actual de la sociedad, está aumentando la necesidad de transmitir y recibir grandes cantidades de información. Por esta razón, existe un deseo de utilizar la gama disponible de frecuencias de forma eficiente, con respecto a los recursos del sistema y las necesidades de los usuarios en cada momento. La consecuencia de esto es que, en distintas situaciones, el sistema debe tener en consideración diversas necesidades de las comunicaciones establecidas y deseadas. En los sistemas CDMA (Acceso Múltiple por División de Código) se brinda esta posibilidad, pero faltan procedimientos eficientes para la adjudicación y la clasificación de información.

La asignación de recursos en una red de telecomunicación se describe en el documento US 5 914 950, cuya red comprende medios para la transmisión de datos. Los recursos disponibles en la red se adjudican a los usuarios según una prioridad asignada. A cada usuario se asigna una capacidad máxima, según la prioridad asignada. A fin de permitir que cada célula en la red satisfaga esta demanda, se escoge la menor entre un cierto número de capacidades máximas seleccionables para cada usuario. La asignación de recursos se actualiza dinámicamente para lograr una asignación óptima.

La presente invención se orienta a presentar una solución al problema anteriormente mencionado. UMTS (Sistema de Telecomunicación Móvil Universal) es el término europeo para la tercera generación de sistemas móviles que se planea tener en funcionamiento al comienzo del siglo veintiuno. El sistema tiene tres modalidades definidas, todas las cuales tienen en común que utilizan CDMA en alguna forma.

A fin de discernir entre los distintos usuarios en sistemas basados en CDMA, es decir, lograr ortogonalidad entre ellos, se utilizan distintas formas de códigos, y de aquí el nombre "Acceso Múltiple por División de Código". En sistemas W-CDMA de UMTS se utilizan dos clases de códigos, códigos de ensanchamiento y códigos de aleatorización. El código de ensanchamiento extiende la información que se transmitirá a una velocidad de chip de 3,84 Mchips/s. La longitud del código de ensanchamiento varía entre 1 y 512 bits, según la velocidad de los datos presentes. Los códigos de aleatorización, por otra parte, no cambian el número de bits que se transmitirán, sino que sólo cambian su valor, según un programa bien definido.

En el enlace descendente es el código de ensanchamiento el que garantiza la ortogonalidad entre los distintos usuarios en la misma célula. A fin de mantener la ortogonalidad independientemente de qué velocidad de datos se emplea en la transmisión, se utilizan los llamados códigos OVSF (Factor de Ensanchamiento Ortogonal Variable). Los códigos OVSF se ilustran con la máxima facilidad por medio de un árbol de códigos; véase la Figura 4.

Cada nivel en el árbol de códigos define un código de canal de longitud SF. No pueden utilizarse a la vez todos los códigos en el árbol dentro de una célula. Un código puede utilizarse en una célula si, y sólo si, no se utiliza en la célula ningún otro código a lo largo de la trayectoria desde el código específico hasta la raíz del árbol de códigos, o en el subárbol bajo el código específico.

Es fácil darse cuenta de que una asignación totalmente arbitraria de códigos da como resultado un uso muy ineficiente de los códigos disponibles. Por esta razón, es de gran interés hacer más eficiente, de alguna forma, el uso de los códigos. La presente invención proporciona una asignación óptima de códigos sobre la base de criterios definidos por el operador.

La solución

La presente invención, de esta manera, se refiere a un procedimiento en sistemas de telecomunicación que utiliza la tecnología CDMA (Acceso Múltiple por División del Código) para el intercambio de información entre usuarios, según la reivindicación 1. Los recursos se adjudican luego a los usuarios, de forma correspondiente a al menos una mínima capacidad solicitada. Una ponderación, vinculada con un orden de prioridad entre los usuarios, se asigna adicionalmente a los usuarios en cada momento. Sobre la base de la información disponible, se asigna la capacidad a los usuarios según una asignación máxima, cuidando que no se supere la capacidad total del sistema.

El problema de optimización que se resolverá es que se asigne como máximo la suma de todos los recursos adjudicados a los usuarios, con respecto a la ponderación mencionada, como asignación de recursos entre los usuarios. Además, los recursos asignados en cada nivel corresponderán en cada caso al mínimo recurso necesario para el usuario, y la suma de todos los recursos adjudicados a los usuarios está cubierta por la capacidad total del sistema, y a cada usuario se le asigna a lo sumo un código. La ponderación mencionada se expresa adicionalmente con enteros, lo que da como resultado que es posible resolver el problema de optimización por procedimientos de Bifurcación y Acotación. La solución posibilita que en el sistema se asignen y reasignen los recursos disponibles entre los usuarios según la solución del problema de optimización. El fin de la asignación de los recursos es crear recursos libres, que constituyan reservas para necesidades futuras.

La invención se refiere adicionalmente a sistemas de telecomunicación que utilizan la tecnología CDMA (Acceso Múltiple por División de Código) para el intercambio de información entre usuarios según la reivindicación 5. Además, se asignarán recursos a los usuarios. Con ese fin, se organiza el sistema para asignar a los usuarios los recursos correspondientes a al menos una mínima capacidad indicada. El sistema asigna adicionalmente a los usuarios una ponderación según el orden de prioridad adjudicado a los usuarios en cada momento. El sistema incluye una unidad de cálculo y adjudicación que, en cada momento, calcula una asignación óptima de los recursos disponibles, según la cual se asignan o reasignan los recursos entre los usuarios dentro de la capacidad total del sistema. La unidad de cálculo y reasignación está organizada para calcular el máximo de la suma de todos los recursos asignados a usuarios con respecto a las ponderaciones indicadas. La solución del problema de optimización indica entonces cómo se asignarán los recursos entre los usuarios. El sistema proporciona adicionalmente información a la unidad de cálculo y asignación para hallar los mínimos y máximos recursos que cada usuario respectivo necesita en cada momento. El problema de optimización se resuelve bajo la condición de que se asigne a los usuarios al menos el mínimo recurso que se necesite, y que no se superen los recursos del sistema. El problema de optimización se resuelve adicionalmente considerando que se asigna a los usuarios un código a lo sumo.

Ventajas

La invención posibilita que los recursos, códigos en el caso de CDMA, en un espectro de frecuencias reciban una asignación óptima, según la necesidad de los usuarios en cada momento. Esto significa, por una parte, que se asigna a los usuarios sólo la gama de canales que se necesita cada vez y, por otra parte, que los recursos existentes se asignan de la mejor manera posible a fin de crear una gama para necesidades futuras.

Además, la invención presenta una definición del problema de optimización existente, en la cual el problema puede plantearse en una forma que pueda ser resuelta por procedimientos de Bifurcación y Acotación. La consecuencia de esto es que pueden introducirse procedimientos matemáticos aptos para ser resueltos por medio de programas de ordenador, y relacionados con la adjudicación de canales a los usuarios. Son ventajas adicionales que se introduce una prioridad entre los usuarios, y que se permite que varíe según que se hayan adjudicado o no recursos a los usuarios, y según la hora del día, el número de usuarios en cada momento, etc.

Descripción de las figuras

La Figura 1 muestra la asignación de canales en un sistema de radio analógico.

La Figura 2 muestra la asignación de canales en un sistema de radio basado en paquetes.

La Figura 3 muestra la utilización del espectro en un sistema según la invención.

La Figura 4 muestra la estructura arbolada de los canales según la invención.

Realización preferida

En lo que sigue se describe la invención sobre la base de las figuras y de los elementos en ellas.

La presente invención se refiere a un procedimiento y a un sistema de telecomunicación basado en CDMA, según lo definido en las respectivas reivindicaciones 1 y 5, para la asignación de una gama de capacidades o recursos a los usuarios, a partir de la gama de capacidades dada para el sistema.

Para ese fin, se utiliza un problema de optimización que puede resolverse por procedimientos de Bifurcación y Acotación. Se busca el máximo para la suma de toda la capacidad o recursos asignados a los usuarios, con una ponderación asignada que indica el orden de precedencia entre los usuarios. El problema indicado se resuelve siempre que se asigne a todos los usuarios un recurso a lo sumo; que a cada usuario se asigne al menos el recurso que necesita, y que el recurso asignado no supere un máximo recurso definido. Además, la suma de todos los recursos asignados no debe superar los recursos totales del sistema. Los cálculos y la asignación de los recursos se llevan a cabo en la unidad de cálculo y asignación integrada en el sistema.

La asignación de capacidad o recursos a los usuarios se efectuará según un patrón que brinda una utilización óptima de los recursos disponibles. La asignación se hace en un árbol de códigos, que se muestra en la Figura 4, donde se harán consideraciones en cuanto a aquellos recursos que ya han sido asignados a los usuarios. A fin de averiguar si un recurso ha sido asignado a un usuario, se define una variable x con índice i para el usuario, y j para el recurso. Dicha variable x, por consiguiente, recibe el valor 1 si el recurso está asignado al usuario, o bien 0 cuando ningún recurso está asignado a dicho usuario.

El número de recursos al nivel j para el usuario i se describe con una variable y, con un índice i que indica el usuario, y un índice j que indica el nivel en cuestión. El número de recursos y en el nivel j se define como 2 elevado a la potencia j. El valor j se fija en 512/FE, donde FE es el factor de ensanchamiento. Que se utilice el valor 512 en este contexto se debe a la práctica existente. La utilización de otros números, como tal, no es ningún obstáculo para la invención, que admite cualquier número dentro de las definiciones especificadas. Además, se definen un valor máximo y uno mínimo, que la variable puede tomar. El valor mínimo en este caso indica la capacidad o recurso mínimo que puede asignarse a un usuario x para posibilitarle efectuar la comunicación deseada. El recurso máximo define el mayor recurso que un usuario necesita. La suma de todas las capacidades o recursos asignados que son utilizados por los usuarios equivaldrá a, o estará por debajo de, la capacidad disponible. Dicha capacidad o recurso total, en consecuencia, se asignará entre los usuarios cuyas necesidades de capacidad, por una parte, sean distintas y, por otra parte, puedan variar a lo largo del tiempo. Además, los usuarios reciben una ponderación, \alpha, que indica cuán importante es que a dicho usuario se le asigne una capacidad o recurso con respecto a otros usuarios. Se admite que la ponderación varíe, según que se haya asignado ya, o no, un recurso al usuario. Además, la ponderación indica si un usuario tiene una prioridad mayor que otro usuario. Con estas definiciones, en consecuencia, se concede la posibilidad de decidir órdenes de prioridad entre usuarios a quienes se han asignado recursos y aquellos a quienes se asignarán recursos en el sistema existente. Se admite que la ponderación indicada, como tal, tome cualquier valor, pero, a fin de crear un problema de optimización para x, es ventajoso utilizar enteros. Esto da como resultado un problema de optimización donde se busca el máximo para la suma de todos los recursos asignados con ponderación propia, siempre que no se superen los recursos disponibles, y que se dé al usuario el mínimo recurso que se requiera, y que la suma de todos los recursos asignados a los usuarios no supere la máxima capacidad del sistema, y que a cada usuario se asigne sólo un código que define que un recurso esté dentro de un intervalo definido por la necesidad más alta y más baja del usuario. En el problema, en consecuencia, se incluye decidir si se asignarán o no recursos a los usuarios y, en los casos en que se efectúen asignaciones, el tamaño del recurso. Con una configuración como la anteriormente descrita, se ha creado un planteo que es clásico dentro de la teoría de la optimización y que, por ejemplo, se resuelve por medio de procedimientos de Bifurcación y Acotación, que pueden hallarse en los manuales de la teoría de la optimización.

Se resolverán los siguientes problemas

1

y \alpha es un peso que es fijado por el operador para cada usuario

2

donde N es la capacidad en la estación base, y

3

se aplica adicionalmente que

4

= variable binaria que indica si al usuario i se ha asignado el recurso j

5

el número de recursos para el usuario i al nivel j, donde j = 512/FE, donde FE es el factor de ensanchamiento

6

donde m(i) representa el mínimo valor de y(i,j) y M(i) el valor máximo de y(i,j).

\vskip1.000000\baselineskip

La ortogonalidad para los canales es un requisito adicional para la solución del problema anterior.

En la formulación del problema anterior, los pesos \alpha_{ij} se han seleccionado como enteros, lo que da como resultado que el problema de asignación de códigos se establece en una forma que es conocida y en la cual existen procedimientos eficientes para su resolución. El valor final de la función objetivo, en su valor óptimo, es, en este contexto, de importancia secundaria, porque sólo el vector x que alcanza el óptimo tiene interés. Los valores absolutos de los \alpha_{ij}, en consecuencia, no tienen interés, sino sólo la relación entre ellos. Debido a que los pesos pueden fijarse en valores arbitrarios, y especialmente en valores enteros, puede lograrse una ponderación relativa entre los términos. Dividiendo la función objetivo entre un número entero se satisface que pueda lograrse una ponderación entre los distintos componentes que esté arbitrariamente cerca de una ponderación donde se admitan los valores reales de los pesos.

Debido a que el problema no es estático, sino que cambia con el tiempo, se requiere que el sistema resuelva continuamente el sistema de optimización anteriormente descrito. Con este fin, el sistema recibe una unidad que tiene la tarea de calcular el problema de optimización y, sobre la base de su solución, asignar los recursos entre los usuarios. La información requerida para averiguar las distintas necesidades de los usuarios en cada instante se determina a partir del respectivo usuario y a partir del operador u operadores responsable(s) de los usuarios y de las capacidades que se necesiten.

Por consiguiente, en cada momento hay una recopilación de información de los usuarios y operadores con respecto a los deseos de los usuarios, y los criterios de los operadores para los usuarios en el dispositivo de cálculo y de asignación de recursos. Después de eso, se calcula la solución del problema de optimización, cuya solución no necesariamente debe resolverse exactamente, sino que sólo debe resolverse con respecto al orden de magnitud. Para la solución del problema de optimización, sin embargo, se necesita que se obtenga el vector x como un vector entero, cuyos valores sean 0 o 1. Después de eso, la unidad de cálculo decide cómo se asignan los recursos entre los usuarios y si la asignación de recursos cambiará para uno o más de los usuarios, con la intención de optimizar la utilización de los recursos máximos disponibles en el sistema y, en cuanto sea posible, crear una gama de reserva para necesidades futuras de los usuarios.

Claims (8)

1. Un procedimiento en un sistema de telecomunicación basado en CDMA para asignar códigos a los usuarios, en el cual se asigna a un usuario una ponderación que indica la prioridad del usuario con respecto a otros usuarios, caracterizado porque se asigna al usuario un código correspondiente a al menos una capacidad mínima que el usuario solicita, y porque el código se obtiene de un problema de optimización donde se busca el máximo para la suma de todas las capacidades asignadas con ponderación propia, siempre que la capacidad máxima del sistema no sea superada por dicha suma.

2. Un procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el problema de optimización se resuelve siempre que el código asignado, en cada nivel y para cada usuario, corresponda al menos al de la capacidad mínima del usuario, porque la capacidad asignada no supere la capacidad total del sistema y porque se asigne a cada usuario un código a lo sumo.

3. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la ponderación se indica con números enteros, y porque el problema de optimización se resuelve por medio de procedimientos de Bifurcación y Acotación.

4. Un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la capacidad se asigna y se reasigna entre los usuarios, según la solución del problema de optimización, en donde la información requerida para averiguar las distintas necesidades de los usuarios en cada momento se recupera de los respectivos usuarios y de los operadores responsables de los usuarios y del modelo de capacidades.

5. Un sistema de telecomunicación basado en CDMA, adaptado para asignar códigos a usuarios, estando dicho sistema organizado para asignar una ponderación a un usuario, que indica la prioridad del usuario con respecto a otros usuarios, caracterizado porque el sistema está organizado para asignar al usuario un código que corresponde a al menos una capacidad mínima que el usuario solicita, y porque una unidad de cálculo y asignación está organizada para obtener dicho código resolviendo un problema de optimización donde se busca el máximo para la suma de toda la capacidad asignada con ponderación propia, siempre que la capacidad máxima del sistema no sea superada por dicha suma.

6. Un sistema según la reivindicación 5, caracterizado porque, sobre la base de la información dada por el sistema, la unidad de cálculo y asignación está organizada para averiguar la capacidad mínima y máxima que necesita cada usuario, y porque la unidad de cálculo y asignación está organizada para resolver el problema de optimización, con la condición de que se asigne a los usuarios al menos la mínima capacidad necesaria y de que no se supere la capacidad total del sistema.

7. Un sistema según las reivindicaciones 5 o 6, caracterizado porque se asigna a cada usuario un código a lo sumo.

8. Un sistema según la reivindicación 7, caracterizado porque el código define la capacidad que se asigna al usuario.