ES2358406A1 - Controlador de red radio y método para seleccionar una tecnología de transmisión para una conexión hsdpa. - Google Patents
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Abstract
Controlador de red radio y método para seleccionar una tecnología de transmisión para una conexión HSDPA.La presente invención da a conocer un método para seleccionar una tecnología de transmisión (MIMO o no MIMO) para una conexión HSDPA establecida entre un RNC y un UE dependiendo de la movilidad de dicho UE, medida en el RNC como variaciones de la posición del UE. Entonces, si la conexión está establecida con tecnología HSDPA MIMO y las variaciones de posición superan un primer umbral predefinido, la conexión se conmuta a una tecnología HSDPA no MIMO. También, si la conexión está establecida con tecnología HSDPA no MIMO y las variaciones de posición están por debajo de un segundo umbral predefinido, la conexión se conmuta a tecnología HSDPA MIMO.
Description
Controlador de red radio y método para
seleccionar una tecnología de transmisión para una conexión
HSDPA.
La presente invención tiene su aplicación en el
sector de las telecomunicaciones y, especialmente, en el ámbito
industrial dedicado a proporcionar redes de acceso radio (RAN) con
elementos de infraestructuras celulares tales como controladores de
red radio (RNC) y estaciones base (nodos B) para sistemas de
comunicaciones inalámbricas.
Más específicamente, se refiere a sistemas de
comunicaciones inalámbricas que soportan variantes tanto MIMO como
no MIMO de tecnologías HSDPA.
HSDPA (acceso de paquetes de alta velocidad en
enlace descendente, del inglés, "High Speed Downlink Packet
Access") es un servicio de datos basado en paquetes en los
sistemas W-CDMA (acceso múltiple por división de
código de banda ancha, del inglés "Wideband Code División Multiple
Access") de 3ª generación, que proporciona transmisión de datos a
alta velocidad (con diferentes tasas de descarga según la etapa de
tecnología HSDPA, por ejemplo 7,2/10,8/16,2/21,6/28,8 Mbps sobre un
ancho de banda de 5 MHz) para soportar servicios multimedia.
Para alcanzar las tasas de transmisión pico más
altas (hasta 21,6 ó 28,8 Mbps con la 3GPP Release), se usa en
HSDPA la característica MIMO (múltiples entradas y múltiples
salidas, del inglés "Multiple Input Multiple Output"), en la
que se implementan múltiples antenas tanto en la estación base (nodo
B) como en los terminales móviles (UE: equipo de usuario, del inglés
"User Equipment"). La característica MIMO básica según se ha
normalizado en 3GPP, Release 7, se basa en dos antenas de
transmisor (en el nodo B) y dos antenas de receptor (en el UE). En
el transmisor, los datos transmitidos se dividen en dos flujos de
datos y se transmiten a través de las dos antenas usando el mismo
recurso de radio (mismo tiempo, es decir, intervalo de tiempo de
transmisión y códigos HSDPA). Los dos flujos de datos se recuperan
por el UE a partir de las señales recibidas a través de sus dos
antenas (diversidad de Rx). Por tanto, la característica MIMO
necesita soporte tanto en terminales habilitados para MIMO como en
la red. Con el fin de implantar MIMO, se requieren dos
amplificadores de potencia por sector (uno para cada una de las dos
antenas). Para no usar una portadora entera sólo para MIMO (5 Mhz),
es más eficaz y práctico compartir la misma portadora que los
dispositivos no MIMO, por ejemplo terminales legados HSDPA para
utilizar toda la capacidad disponible.
La tecnología MIMO es un paso importante en la
evolución de HSDPA, puesto que proporciona mayores tasas de
transmisión de datos en enlace descendente, al tiempo que mejora
adicionalmente la eficiencia espectral.
Sin embargo, se ha mostrado que el rendimiento
de MIMO, en su totalidad, empeora considerablemente cuando el
usuario (es decir, el dispositivo MIMO) no es estático, siendo este
efecto mucho más significativo que lo que podría observarse en un
dispositivo legado HSDPA en un escenario no estático similar. Este
fenómeno se debe a las características de lazo cerrado de la
tecnología MIMO y su alta sensibilidad a cambios en la correlación
entre los canales MIMO que resultan de la propagación en el canal
móvil. El mecanismo de lazo cerrado usado en MIMO consiste en
adaptar un conjunto de pesos codificados previamente usados por el
nodo B para que la transmisión de doble flujo sea satisfactoria,
basados en pesos recomendados realimentados por el UE. Este
empeoramiento del rendimiento significa tasas de transmisión de bits
inferiores para una conexión dada, socavando en algunos casos las
ventajas de MIMO sobre HSDPA (no MIMO).
Por tanto, en escenarios con usuarios tanto
estáticos como en movimiento, los sistemas que usan tecnologías MIMO
siempre que sea posible pierden eficiencia debido a los problemas
descritos para UEs que utilizan tecnología MIMO en movimiento.
La presente invención resuelve los problemas
anteriormente mencionados dando a conocer un método que elige de
manera dinámica entre tecnologías HSDPA MIMO y no MIMO de manera
individual para cada equipo de usuario (UE) conectado a un
controlador de red radio (RNC), dependiendo de variaciones de
posición del UE, medidas en el RNC.
Si está usándose tecnología HSDPA MIMO para la
conexión con un UE, y el RNC detecta que dicho UE está actualmente
en movimiento a una velocidad que perjudica el rendimiento MIMO, el
RNC conmuta la conexión a HSDPA no MIMO. Esto se consigue, si la
conexión está establecida mediante tecnología HSDPA MIMO, comparando
las variaciones de posición del UE con al menos un primer umbral
predefinido. Entonces, si la conexión está establecida mediante
tecnología HSDPA MIMO y las variaciones de posición del UE superan
el al menos primer umbral predefinido, el RNC conmuta la conexión a
tecnología HSDPA no MIMO.
También, si está usándose tecnología HSDPA no
MIMO para la conexión con el UE, y el RNC detecta que la posición de
dicho UE es suficientemente estática para permitir un buen
rendimiento MIMO, el RNC conmuta la conexión a HSDPA MIMO. Esto se
consigue, si la conexión está establecida mediante tecnología HSDPA
no MIMO, comparando las variaciones de posición del UE con un
segundo umbral predefinido. Entonces, si la conexión está
establecida mediante tecnología HSDPA no MIMO y las variaciones de
posición del UE están por debajo del segundo umbral predefinido, el
RNC conmuta la conexión a tecnología HSDPA MIMO.
Preferiblemente, para medir las variaciones de
posición del UE, se usa una o ambas de las siguientes fuentes de
información:
- -
- número de cambios de celda del UE, es decir, el número de veces que cambia la celda que da servicio al UE. Puesto que estos cambios se activan por eventos según la posición del UE, proporcionan una estimación aproximada de la movilidad del UE (es decir, si el UE es estático o está en movimiento).
- -
- Tiempo de retardo de ida y vuelta (RTT, del inglés "Round Trip delay Time"), medido por una estación base servidora y del que se informa periódicamente al RNC. El RTT representa el tiempo que necesita una señal para transmitirse desde la estación base al UE y para transmitirse de vuelta desde el UE a la estación base, proporcionando así información sobre la distancia entre la estación base y el UE. Las variaciones en la distancia entre la estación base y el UE significan variaciones en la posición del UE y, por tanto, una mayor movilidad del UE. Preferiblemente, las mediciones de RTT se filtran para evitar que efectos transitorios (por ejemplo, desvanecimiento instantáneo) se interpreten como movimiento del UE. Este filtro sirve adicionalmente como una forma de reducción del impacto de posibles imprecisiones en las mediciones de RTT.
En otro aspecto de la invención, se presenta un
controlador de red radio que está configurado para realizar el
método descrito. Con este fin, el RNC es capaz de establecer una
conexión con un UE, en la que tanto el RNC como el UE pueden
soportar tecnologías HSDPA MIMO y no MIMO. El controlador de red
radio comprende:
- -
- medios de medición configurados para medir variaciones de posición del UE.
- -
- Medios de comparación configurados para comparar las variaciones de posición del UE con un primer o un segundo umbral, dependiendo de la tecnología usada para la conexión según se describe para el método de la invención.
- -
- Medios de conmutación configurados para conmutar la tecnología de la invención según los resultados de la comparación, según se describe para el método de la invención.
Una ventaja principal de la presente invención
es que permite sintonizar redes implantadas con capacidades MIMO
para escenarios en los que están presentes usuarios tanto estáticos
como en movimiento, proporcionando una calidad servidora optimizada
a ambos.
Con el fin de ayudar a entender las
características de la invención, según una realización práctica
preferida de la misma y para complementar esta descripción, se
adjuntan las siguientes figuras como parte integrante de la misma,
que tienen un carácter ilustrativo y no limitativo:
la figura 1 muestra un diagrama de flujo de una
realización preferida del método de la invención.
La figura 2 muestra con más detalle el proceso
de medir e informar del RTT de una conexión, así como el proceso de
conmutar la tecnología de la conexión.
La figura 3 presenta una posible clasificación
de los estados de un UE según sus variaciones de posición, y los
posibles cambios entre estados, según una realización preferida de
la invención.
Las cuestiones definidas en esta descripción
detallada se proporcionan para ayudar a entender completamente la
invención. Por consiguiente, los expertos en la técnica reconocerán
que pueden realizarse variaciones, cambios y modificaciones de las
realizaciones descritas en el presente documento sin alejarse del
alcance y espíritu de la invención. Se omite también la descripción
de
\hbox{funciones y elementos conocidos ampliamente por motivos de claridad y concisión.}
Obsérvese que, en este texto, el término
"comprende" y sus derivados (tal como "comprendiendo",
"que comprende", etc.) no han de entenderse en un sentido
excluyente, es decir, estos términos no han de interpretarse como
que excluyen la posibilidad de que lo descrito y definido pueda
incluir otros elementos, etapas, etc.
La figura 1 muestra una realización preferida
del método de la invención, llevándose a cabo todas sus etapas
mediante un controlador de red radio. Cuando se inicia 1 una
conexión entre un UE y un RNC, se asigna 2 un modo por defecto
predefinido (HSDPA MIMO o HSDPA no MIMO) a la conexión,
estableciéndose 3 la conexión según el modo por defecto. Entonces,
una vez establecida la conexión, se miden 4 periódicamente
variaciones de posición del UE en el RNC, valorando así la movilidad
del UE, es decir, si el UE es estático o está en movimiento y, en
este último caso, la magnitud de su movimiento.
Para medir las variaciones en la movilidad del
UE, se combinan dos técnicas:
- -
- número de cambios de celda (por ejemplo, cambio de la celda que da servicio HSDPA) a lo largo de un periodo de tiempo, es decir, el número de veces que la conexión HSDPA del UE se traspasa desde la celda de una estación base que proporciona actualmente servicio, a otra celda de la misma o de otra estación base que proporciona servicio. Puesto que estos cambios de celda están muy relacionados con la movilidad del UE, la frecuencia de los cambios de celda proporciona una estimación de la movilidad del UE. Puesto que la precisión de la estimación depende de las veces que ocurren los cambios de celda, la estimación en escenarios de poca movilidad es menos precisa que en escenarios de alta movilidad.
- -
- mediciones de RTT, que proporcionan información continua sobre los movimientos del UE puesto que el RTT está muy correlacionado con la distancia entre una estación base y el UE. Las variaciones del RTT del UE se observan por tanto como una manera de valorar la movilidad del usuario.
- La figura 2 muestra el proceso implicado en las mediciones de RTT. Esta medición se configura 8 por el RNC, que requiere que la celda servidora de la estación base realice mediciones periódicas 9 del RTT para un UE dado. Se informa 10 periódicamente de estas muestras de medición al RNC, y se filtran por el RNC con el fin de obtener una estimación de la movilidad del usuario al tiempo que se suavizan efectos de transitorios y de precisión en las mediciones de RTT.
- La figura 2 también muestra las órdenes enviadas por el RNC al UE y al nodo B (estación base) cuando se conmuta 6 de HSDPA no MIMO a HSDPA MIMO, o de HSDPA MIMO a HSDPA no MIMO, según el algoritmo descrito más adelante en esta sección. Estas órdenes comprenden una primera petición de reconfiguración 11 para el nodo B, y una segunda petición de reconfiguración 12 para el UE.
Según la movilidad medida del UE, se asigna 5 al
UE una de un número de clases de movilidad (estática, baja,
intermedia y alta), tal como se muestra en la figura 3. Estas clases
de movilidad determinan la tecnología óptima que ha de usarse para
la conexión HSDPA (por ejemplo, MIMO/no MIMO) dependiendo del estado
de movilidad actual del UE, conmutando 6 la tecnología si es
necesario. La asignación de clase se actualiza periódicamente según
las mediciones anteriormente mencionadas, hasta que finaliza 7 la
conexión.
La realización preferida usa las siguientes
reglas de decisión y clases, aunque pueden usarse diferentes
clasificaciones y reglas de manera alternativa dentro del alcance de
la invención:
- -
- ESTÁTICA (13): esta clase se refiere a UE con poco o nada de movimiento, que pueden beneficiarse de todo el potencial de la tecnología MIMO. Las conexiones se establecen totalmente con MIMO (es decir, puede conseguirse MIMO de flujo doble cuando haya condiciones de radio adecuadas), lo que permite el rendimiento global más alto y es la configuración más precisa.
- Un UE en el estado de clase estática pasa, respectivamente, al estado de clase baja (14), intermedia (15) o alta (16) cuando el número de eventos de cambios de celda HSDPA (N) observado durante la ventana de tiempo predefinida HSCC_TIMEWINDOW supera los umbrales de cambios de celda predefinidos correspondientes (respectivamente NB_HSC_TOLOW, NB_HSC_TOMED, NB_HSC_TOHIG). La transición desde el estado de clase de movilidad estática a baja también puede activarse cuando la estimación de velocidad (v) a partir del proceso de medición RTT supera el umbral de velocidad de RTT predefinido correspondiente LOW_SPEED_TH.
- -
- BAJA (14): este estado de clase de movilidad se refiere a usuarios que se mueven a velocidad de peatones hasta velocidades de circulación lenta (por ejemplo, entre 3 y 20 km/h). Las conexiones pueden establecerse o bien totalmente con MIMO o bien con MIMO de un único flujo según un parámetro predefinido configurable por el operador (este parámetro puede ajustarse, por ejemplo, individualmente para cada celda, o modificarse manualmente según la evolución del rendimiento de los receptores MIMO del UE a medida que se mejora la tecnología).
- Un UE en el estado de clase de movilidad baja (14) puede pasar a clases de movilidad intermedia (15) o alta (16) de manera similar a la descrita anteriormente cuando el número de eventos de cambios de celda HSDPA (N) observado durante la ventana de tiempo supere los umbrales pertinentes (NB_HSC_TOMED, NB_HSC_TOHIG). El UE también puede pasar a la clase de movilidad intermedia (15) basándose en que la estimación de velocidad de RTT (v) supere el umbral predefinido para la clase intermedia (MED_SPEED_TH).
- Un UE en el estado de clase de movilidad baja (14) también puede volver al caso estático (13) cuando el número de eventos de cambios de celda HSDPA (N) observado en la ventana de tiempo predefinida HSCC_ TIMEWINDOW sea inferior al umbral predefinido NB_HSCC_DNSTA.
- El motivo para tener una clase de movilidad estática y una baja es que, debido a la alta sensibilidad de MIMO a la velocidad, incluso un usuario peatón podría percibir un impacto sustancial en su rendimiento, por lo que resulta beneficioso discriminar entre clase de movilidad estática y baja para permitir una configuración diferente de la conexión MIMO o incluso deshabilitar MIMO si se desea.
- -
- INTERMEDIA (15): esta clase de movilidad se refiere a usuarios que se mueven a velocidades intermedias, normalmente velocidades de circulación en entornos urbanos y suburbanos (por ejemplo, entre 20 y 100 km/h). Las conexiones HSDPA se establecen o bien en modo MIMO o no MIMO según otro parámetro predefinido, que proporciona al operador una mayor flexibilidad como se describe para la clase de movilidad baja.
- Un UE en el estado de clase de movilidad intermedia (15) puede pasar a las clases de movilidad alta (16) de manera similar a la descrita anteriormente cuando el número de eventos de cambios de celda HSDPA (N) observados durante la ventana de tiempo supera el umbral NB_HSC_TOHIG. El UE también puede pasar a la clase de movilidad alta (16) basándose en que la estimación de velocidad de RTT (v) supere el umbral predefinido para la clase intermedia (HIGH_SPEED_TH).
- Un UE en el estado de clase de movilidad intermedia (15) también puede volver al caso de movilidad baja (14) cuando el número de eventos de cambios de celda HSDPA (N) observado durante la ventana de tiempo predefinida HSCC_TIMEWINDOW es inferior al umbral predefinido NB_HSCC_DNLOW.
- -
- ALTA (16): esta clase de movilidad se refiere a usuarios que se mueven a velocidades altas, normalmente velocidades de autovía o tren (por ejemplo, superiores a 100 km/h). Las conexiones HSDPA se establecen en modo no MIMO.
- Un UE en el estado de clase de movilidad alta (16) solo puede volver a la clase de movilidad intermedia (15) cuando el número de eventos de cambio de celda HSDPA (N) observado durante la ventana de tiempo predefinida HSCC_TIMEWINDOW es inferior al umbral predefinido NB_HSCC_DNMED.
Obsérvese que la definición de las clases de
movilidad estática/baja/intermedia/alta es totalmente configurable
por el operador según los parámetros predefinidos, por tanto el
operador puede adaptar de manera correspondiente el intervalo de
velocidad que abarcan estas clases. Además, pueden usarse otras
clasificaciones para implementar la presente invención, usando, por
ejemplo, un número diferente de clases de movilidad.
Claims (9)
1. Método para seleccionar una tecnología de
transmisión para una conexión HSDPA establecida entre un controlador
de red radio y un equipo de usuario, teniendo el equipo de usuario
una estación base servidora y una celda servidora asignada, donde
tanto el controlador de red radio como el equipo de usuario soportan
tanto tecnología HSDPA MIMO como tecnología HSDPA no MIMO,
caracterizado porque el método comprende las etapas de:
- (i)
- medir mediante el controlador de red radio variaciones de posición del equipo de usuario;
- (ii)
- si la conexión está establecida mediante tecnología HSDPA MIMO, comparar mediante el controlador de red radio las variaciones de posición con al menos un primer umbral predefinido;
- (iii)
- si la conexión está establecida mediante tecnología HSDPA no MIMO, comparar mediante el controlador de red radio las variaciones de posición con al menos un segundo umbral predefinido;
- (iv)
- si la conexión está establecida mediante tecnología HSDPA MIMO y si las variaciones de posición superan el al menos un primer umbral predefinido, conmutar mediante el controlador de red radio la conexión a tecnología HSDPA no MIMO;
- (v)
- si la conexión está establecida mediante tecnología HSDPA no MIMO y si las variaciones de posición están por debajo del al menos un segundo umbral predefinido, conmutar mediante el controlador de red radio la conexión a tecnología HSDPA MIMO.
2. Método según la reivindicación 1,
caracterizado porque las etapas (i) a (iii) se realizan
periódicamente durante la conexión.
3. Método según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la etapa
(i) comprende medir un número de veces que la celda servidora
asignada del equipo de usuario cambia durante un periodo de
tiempo.
4. Método según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la etapa
(i) comprende usar información de variaciones de tiempo de retardo
de ida y vuelta de la conexión para medir las variaciones de
posición del equipo de usuario, informando la la estación base
servidora de dicho tiempo de retardo de ida y vuelta periódicamente
al controlador de red radio.
5. Método según la reivindicación 4,
caracterizado porque la información de variaciones de tiempo
de retardo de ida y vuelta se filtra mediante el controlador de red
radio usando un filtro para eliminar efectos transitorios.
6. Controlador de red radio en una red radio
capaz de establecer una conexión con al menos un equipo de usuario y
asignar una estación base servidora y una celda servidora al equipo
de usuario, en el que tanto el controlador de red radio como el
equipo de usuario soportan tanto tecnología HSDPA MIMO como
tecnología HSDPA no MIMO, caracterizado porque el controlador
de red radio comprende:
- -
- medios de medición configurados para medir variaciones de posición del equipo de usuario;
- -
- medios de comparación configurados para:
- -
- si la conexión está establecida mediante tecnología HSDPA MIMO, compara las variaciones de posición con al menos un primer umbral predefinido;
- -
- si la conexión está establecida mediante tecnología HSDPA no MIMO, comparar las variaciones de posición con al menos un segundo umbral predefinido;
- -
- medios de conmutación configurados para:
- -
- si la conexión está establecida mediante tecnología HSDPA MIMO y si las variaciones de posición superan el al menos un primer umbral predefinido, conmutar la conexión a tecnología HSDPA no MIMO;
- -
- si la conexión está establecida mediante tecnología HSDPA no MIMO y si las variaciones de posición están por debajo del al menos un segundo umbral predefinido, conmutar la conexión a tecnología HSDPA MIMO.
7. Controlador de red radio según la
reivindicación 6, en el que los medios de medición miden un número
de veces que la celda servidora asignada del equipo de usuario
cambia durante un periodo de tiempo, usando este número medido de
veces para medir variaciones de posición del equipo de usuario.
8. Controlador de red radio según cualquiera de
las reivindicaciones 6 y 7, caracterizado por comprender
además medios de petición configurados para solicitar a la estación
base servidora informar periódicamente al controlador de red radio
del tiempo de retardo de ida y vuelta de la conexión, y porque los
medios de medición también están configurados para usar variaciones
en el tiempo de retardo de ida y vuelta para medir las variaciones
de posición del equipo de usuario.
9. Controlador de red radio según cualquiera de
las reivindicaciones 6 a 8, caracterizado por comprender
además un filtro para eliminar efectos transitorios configurado para
filtrar las variaciones del tiempo de retardo de ida y vuelta.
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