ES2377648T3 - Método para acceso por división de frecuencia y de tiempo - Google Patents

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ES2377648T3 ES04800754T ES04800754T ES2377648T3 ES 2377648 T3 ES2377648 T3 ES 2377648T3 ES 04800754 T ES04800754 T ES 04800754T ES 04800754 T ES04800754 T ES 04800754T ES 2377648 T3 ES2377648 T3 ES 2377648T3
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Abstract

Metodo para el reparto del ancho de banda en un medio de comunicacion, comprendiendo dicho metodo: a) dividir el ancho de banda en una serie de grupos de tonos; b) dividir dichos grupos de tonos en intervalos de tiempo; c) determinar una estimacion de la carga de bits, BLE, para cada uno de dichos grupos de tonos, siendo la BLE el numero maximo de bits/simbolo que pueden ser transmitidos en un tono dado; d) determinar patrones de uso basicos, BUPs, para un par de dispositivos, siendo el BUP un vector fila de 1 por n, en el que la entrada a i-esima indica si el intervalo t esta o no libre para un grupo de tonos concreto; e) buscar combinaciones de BUP que proporcionen ancho de banda suficiente para satisfacer una solicitud para dicho par de dispositivos, caracterizado por:f) si dicha busqueda es satisfactoria,i) calcular el numero de unidades de tonos-intervalos requeridas para satisfacer dicha solicitud para cada una de dichas combinaciones, cuando los grupos de tonos son asignados en el orden de mayor a menor BLE, ii) entre dichas combinaciones, seleccionar una combinacionfinal que utiliceel numero minimode unidades de tonos-intervalos, yiii) asignar dicha combinacion final a dicha solicitud;g) si dicha busqueda de combinaciones de BUP no es satisfactoria,i) determinar patrones de uso derivados, DUPs, para dichos BUPs, obteniendose los DUP mediante aplicar la operacion logica AND sobre uno o varios BUPs;ii) determinar una estimacion de la carga de bits, BLE, para cada uno de dichos DUPs;iii) buscar combinaciones de DUP que proporcionen ancho de banda suficiente para satisfacer dicha solicitud para dicho par de dispositivos;iv) si dicha busqueda de combinaciones de DUP es satisfactoria, (1) calcular el numero de unidades de tonos-intervalos requeridas para satisfacer dicha solicitud para cada una de dichas combinaciones, cuando los grupos de tonos son asignados en el orden de mayor a menor BLE, (2) entre dichas combinaciones de DUP, seleccionar una combinacion de DUP final que utilice el numero minimo de unidades de tonos-intervalos; (3) asignar dicha combinacion DUP final a dicha solicitud.

Description

Metodo para acceso por division de frecuencia y de tiempo
ANTECEDENTES DE LA INVENCION
Algunos metodos de comunicacion digital pueden asignar ancho de banda de comunicacion (BW, bandwidth)
5 dividiendo en rangos de frecuencia o tonos el ancho de banda disponible. En algunos de estos metodos, los tonos pueden dividirse ademas en intervalos de tiempo. Un ejemplo de estos metodos es la multiplexacion por division de frecuencias ortogonales (OFDM, Orthogonal Frequency Division Multiplexing). Los metodos OFDM proporcionan ancho de banda y gestion del ancho de banda en el dominio de frecuencias y en el dominio de tiempos. La asignacion de ancho de banda puede denominarse asimismo planificacion o control de acceso al medio (MAC,
10 Medium Access Control). La planificacion o acceso OFDM puede abreviarse como OFDMA.
En los sistemas de comunicacion divididos en frecuencia, el ancho de banda disponible puede ser distribuido entre multiples dispositivos y aplicaciones mediante un mecanismo de control de la red. Esto puede realizarse utilizando un sistema de prioridades que intenta proporcionar un nivel de calidad del servicio (QoS, Quality of Service) para algunos dispositivos o algunas aplicaciones. En la mayoria de los sistemas de comunicacion, el control de acceso y
15 la gestion del ancho de banda se realizan solamente en el dominio de frecuencias, lo que se conoce como gestion del dominio de frecuencias (FDM, Frequency Domain Management) o en el dominio de tiempos, lo que se conoce como gestion del dominio de tiempos (TDM, Time Domain Management). Sin embargo, no existen actualmente sistemas que utilicen una combinacion de FDM y TDM. Normalmente, un sistema que combine FDM y TDM es dificil de disefar e implementar, es complejo y computacionalmente intensivo.
20 Los metodos de planificacion del BW y control de acceso (AC, Access Control) en PHY OFDM pueden utilizar el dominio de tiempos tal como en los sistemas CDMA, o el dominio de frecuencias tal como en FDMA. El AC y la planificacion en los dominios de tiempo y de f recuencias tienen una teoria bien desarrollada. Existen varios planificadores para sistemas TDMA y FDMA. Los sistemas multitono tales como FFT u OFDM de tren de ondas y DMT estan ampliamente adoptados hoy en dia. Sin embargo, la planificacion y el control de acceso en estos
25 sistemas se basa habitualmente en FDM o en TDM.
El problema de planificacion OFDMA ha sido formulado en terminos teoricos, y estudiado en entornos de investigacion. Sin embargo, las limitaciones e hipotesis escogidas simplifican el problema para permitir su tratabilidad analitica. Algunas hipotesis no realistas que se utilizan muy comunmente son:
1. Canales gaussianos. Pero en realidad, el canal de la linea de tension no es gaussiano en absoluto.
30 2. Todos los usuarios requieren la misma velocidad de transferencia de datos. Por el contrario, en muchas redes diversas aplicaciones (AV, IP) tienen un amplio rango de requisitos de QoS.
3.
La energia y la potencia de transmision en los dispositivos individuales esta limitada. Esto es cierto para dispositivos moviles/celulares, pero no para dispositivos de comunicacion por la linea de tension.
4.
El numero de dispositivos en la red esta limitado (2 en algunos casos).
35 5. Modelizacion de asignacion de BW solamente en el enlace descendente (una estacion central, a m uchos dispositivos) y no en el enlace ascendente.
La mayor parte de los enfoques dividen el problema de la asignacion de BW en un proceso de 2 etapas: asignacion de recursos y asignacion de subportadoras. La asignacion de recursos determina el numero de tonos o frecuencias que necesita la nueva solicitud. La asignacion de subportadoras identifica los tonos reales entre el conjunto de tonos
40 disponibles, que serian asignados a la solicitud. En funcion de diferentes hipotesis y limitaciones, se han propuesto diferentes algoritmos para estos esquemas de asignacion.
Un algoritmo de este tipo se da a conocer en el documento de YIN H y otros, "An efficient multiuser loading algorithm for OFDM-based broadband wireless systems" ("algoritmo eficiente de carga multiusuario para sistemas inalambricos de banda ancha basados en OFDM"), IEEE Global Telecommunications Conference; San Francisco, 27 de
45 noviembre - 1 de diciembre de 2000, CONFERENCE RECORD (CAT. NO.00CH37137) IEEE PISCATAWAY, NJ, EE.UU., volumen 1, 2000, paginas 103 a 107.
Los algoritmos que se acercan mas a conseguir la optimizacion (definida en el sentido de maximizar la capacidad global de la red) son computacionalmente intensivos (O(NA3), donde N = numero de tonos). Otros algoritmos no son optimos, y se desconoce su comportamiento en sistemas reales. Ademas, no esta claro que el enfoque de 2 etapas 50 sea la manera correcta de solucionar el problema. Esto se debe a que es imposible determinar con precision
exactamente el numero de tonos requeridos (asignacion de recursos), sin conocer previamente que tonos estan
siendo asignados (asignacion de subportadoras) a la solicitud, entre el conjunto de todos los tonos disponibles. Asimismo, estos metodos no modelizan problemas realistas tales como la fragmentacion del mapa de frecuenciatiempo que resulta de diferentes patrones de generacion de solicitudes (dependiendo de la mezcla de aplicaciones en la red), sobrecarga de protocolos y degradacion del rendimiento provocada al hacer que las solicitudes activas cambien de tonos, etc. Las realizaciones de la presente invencion tratan estos problemas y limitaciones.
BREVE RESUMEN DE LA INVENCION
Las realizaciones de la presente invencion comprenden metodos y sistemas para asignar ancho de banda utilizando combinaciones de FDM y TDM. El anterior y otros objetivos, caracteristicas y ventajas de la invencion se comprenderan mas facilmente tras la
consideracion de la siguiente descripcion detallada de la invencion, tomada junto con los dibujos anexos. BREVE DESCRIPCION DE LOS DIVERSOS DIBUJOS La figura 1 es un diagrama que muestra un ejemplo de mapa de tonos; la f igura 2 es un d iagrama de f lujo que muestra u n e jemplo de r ealizacion de un metodo de asignacion del
planificador 1; La invencion se refiere a un metodo para el reparto del ancho de banda en un medio de comunicacion acorde con la
reivindicacion1, yse refiere a la realizacion presentada en los parrafos 0093 a 00101yen las figuras 9 a 13. Las referencias a otras realizaciones deben entenderse como ejemplos utiles para la comprension de la invencion. la figura 3A es un diagrama que muestra un ejemplo de asignacion del planificador 1, en un mapa de tonos; la figura 3B es un diagrama que muestra un ejemplo alternativo de asignacion del planificador 1, en un mapa de
tonos;
la f igura 4 es un d iagrama de f lujo que muestra u n e jemplo de r ealizacion de un metodo de asignacion del planificador 2; la figura 5 es un diagrama que muestra un ejemplo de asignacion del planificador 2, sin un requisito de retardo; la figura 6 es un diagrama que muestra un ejemplo de asignacion del planificador 2, con un requisito de retardo; la figura 7 es un diagrama de flujo que muestra un ejemplo de un metodo para encontrar patrones de uso basicos; la figura 8 es un diagrama que muestra patrones de uso basicos en un mapa de tonos; la figura 9 es un diagrama que muestra patrones de uso basicos en un patron de uso derivado, sobre mapas de
tonos;
la figura 10 es un diagrama que muestra la capacidad relativa de los patrones de uso basicos y un patron de uso derivado; la figura 11 es un diagrama de flujo que muestra un ejemplo de un metodo de asignacion para la realizacion del
planificador 3;
la figura 12 es un diagrama de flujo que muestra un ejemplo de un metodo para la asignacion de ancho de banda con patrones de uso basicos; y la figura 13 es un diagrama de flujo que muestra un ejemplo de un metodo para la asignacion de ancho de banda
con patrones de uso derivados; DESCRIPCION DETALLADA DE REALIZACIONES PREFERIDAS Las realizaciones de la presente invencion comprenden sistemas y metodos para la asignacion de ancho de banda
utilizando tecnicas TDM y FDM. Muchas de estas realizaciones se describiran haciendo referencia a un sistema OFDM, si bien debe o bservarse que, junto con estos, pueden utilizarse otros sistemas de comunicaciones que permitan combinaciones de TDM y FDM. El termino acceso al medio por division conjunta de frecuencia-tiempo (JFTDMA, Joint Frequency-Time Division Medium Access) puede referirse a cualquier sistema o metodo que utilice tanto TDM como FDM con propositos de asignacion. JFTDMA comprende OFDMA y otros metodos y sistemas.
JFTDMA puede proporcionar una mayor utilizacion del ancho de banda en canales cuya respuesta es selectiva en frecuencia y va riable en el tiempo, y cu ando la r espuesta d e ca nal ent re p ares de d ispositivos varia significativamente. En sistemas que soportan garantias de QoS para aplicaciones multimedia pero tienen un ancho de banda limitado, los MAC de JFTDMA pueden proporcionar un rendimiento global superior.
En algunas realizaciones de la presente invencion, puede utilizarseinformacion a escala de todo el sistema, tal como la calidad de las conexiones entre cualesquiera dos dispositivos en una red, para determinar que tonos o frecuencias y que intervalos de tiempo son los mejor asignados a dispositivos especificos. Estos dispositivos pueden realizar solicitudes de ancho de banda (BW) que especifican un requisito de velocidad de transferencia de datos y un maximo retardo tolerable para cada paquete.
Las realizaciones de la presente invencion pueden utilizar diferentes algoritmos con complejidad y rendimiento variables. Por ejemplo, en algunas realizaciones, puede asignarse solamente un bloque contiguo de tonos. En otras realizaciones, puede asignarse cualquier combinacion detonos. Estas realizaciones pueden utilizar informacion empirica reunida partir de toda una red y pueden funcionar sin realizar ninguna limitacion sobre el tipo de canal, el numero de dispositivos y otros parametros. Habitualmente, las realizaciones de la presente invencion tienen una complejidad d e i mplementacion ac eptablemente ba ja y, gener almente, evi tan l as hipotesis realizadas por l os sistemas de la tecnica anterior.
Aunque algunos sistemas conocidos utilizan tecnologias de transmision OFDM (PHY), los MAC montados sobre esta tecnologia de capa fisica son habitualmente FDMA, TDMA o alguna variante de estos. Debe observarse que los metodos CDMA o de acceso multiple por division de codigo funcionan sobre capas fisicas de espectro ensanchado.
Las realizaciones de la presente invencion utilizan algoritmos para realizar la planificacion de BWen un sistema JFTDMA, tal como un sistema OFDMA. Algunas realizaciones hacen asignacion de BW en los dominios de frecuencia y de tiempo, lo cual es posible mediante una tecnologia de transmision fisica OFDM. Estos algoritmos no son especificos de un canal particular tal como el canal de la linea de tension o el canal inalambrico, y son aplicables a otros medios.
Las entradas para estas realizaciones pueden comprender: una so licitud de B W que especifica un requisito de velocidad de transferencia de datos y/o un requisito de retardo, configuracion de trama o datos de mapas de tonos (que identifican intervalos de tiempo utilizados y libres en una trama, para cada tono), una estimacion de la carga de bits (maximo de bits/simbolo que p ueden se r ut ilizados en ca da t ono, p ara una probabilidad d e er ror predeterminada), y parametros del sistema tales como el numero de tonos, el numero de intervalos/trama, etc.
Si la solicitud es aceptada, la salida del planificador es un asignacion de BW. La asignacion de BW especifica los tonos (o grupo de tonos, un conjunto de tonos) e intervalos de tiempo a utilizar por los dispositivos que generaron la solicitud. Las asignaciones de BW pueden especificarse de diferentes maneras. Cada metodo de especificacion de la asignacion puede tener un impacto sobre lo siguiente:
•
Requisitos de memoria en el equipamiento fisico del sistema.
•
Sobrecarga de sefalizacion/protocolo durante las negociaciones de BW o sobrecarga de conexion.
Algunas realizaciones de la presente invencion pueden describirse haciendo referencia a un ejemplo de realizacion, que se describe co mo el p lanificador 1 ( Sch-1 ( Scheduler-1)). E stos m etodos de pl anificacion explotan l as caracteristicas variables de los canales, entre diferentes dispositivos en la red, mediante elegir un conjunto de tonos que se ajusta mejor a la solicitud, entre el conjunto de tonos libres en el mapa de tonos. Esta realizacion concreta es un enfoque de solamente FDM para la planificacion. En estas realizaciones, cada solicitud de BW puede utilizar los tonos asignados durante toda la duracion de la trama (todos los intervalos en la trama). La asignacion de BW consiste en un solo bloque contiguo de tonos. La asignacion de BW puede especificarse mediante el id del primer tono y el id del ultimo tono, en el bloque de tonos asignado a la solicitud. Las ventajas de este metodo incluyen:
•
Requisitos de memoria muy reducidos.
•
Sobrecarga de sefalizacion muy reducida.
•
Complejidad computacional reducida para el algoritmo en el controlador BW.
Algunas de estas realizaciones pueden tener un rendimiento por debajo del optimo, puesto que no se explota el dominio de t iempos, y un bloque de t onos contiguos puede no s er el mejor co njunto de t onos para algunas aplicaciones (lo mejor es el numero minimo de tonos que satisfaga el requisito).
Algunas realizaciones de la presente invencion pueden describirse haciendo referencia a un segundo ejemplo de realizacion, q ue p uede de nominarse un pl anificador 2 ( Sch-2). E stas realizaciones pueden exp lotar l as caracteristicas variables de los canales entre cualesquiera dos trayectorias, tal como las realizaciones del planificador 1. Sin embargo, a diferencia del Sch-1, el Sch-2 puede escoger los mejores tonos entre el conjunto de tonos libres, y norequiereque el conjunto de tonos asignados contenga solamente tonos contiguos. Ademas, el Sch-2 asigna a la solicitud solamente el numero requerido de intervalos de tiempo en el interior de una trama de tiempo para cada tono asignado, y los intervalos de tiempo restantes en cada tono pueden ser utilizados para otras solicitudes. La asignacion de intervalos de tiempo puede ser realizada considerando las limitaciones de retardo especificadas en la solicitud de BW. Por lo tanto, el Sch-2 es un verdadero planificador JFTDMA o OFDMA, puesto que realiza asignaciones de BW tanto en frecuencia como en tiempo.
En algunas realizaciones del Sch-2, las asignaciones de BW pueden realizarse comunicando el mapa de tonos completo. Una asignacion puede definirse como: asignacion A(g, s) = 1, si se asignan a una solicitud un grupo de tonos, g, y un intervalo, s, y de lo contrario la asignacion es A(g, s) = 0. No obstante, pueden utilizarse otros metodos para representar la asignacion de ancho de banda. Las realizaciones de Sch-2 pueden consumir mucha memoria, requieren mayor sobrecarga de sefalizacion y tienen una complejidad computacional mayor que otros metodos. Sin embargo, las realizaciones de Sch-2 son "optimas para una sola solicitud" (es decir, asignan el numero minimo de intervalos de tiempo y tonos para satisfacer cada solicitud). Esto no es "optimo globalmente" (es decir, asignacion del minimo numero de intervalos de tiempo y tonos para TODAS las solicitudes activas (solicitudes con asignaciones activas)).
Algunas realizaciones de la presente invencion pueden describirse haciendo referencia a un tercer ejemplo de realizacion, que puede denominarse un planificador 3 (Sch-3). En muchos sistemas, el numero de tonos o grupos de tonos que puedenser asignados esta limitado por el protocolo. Las realizaciones de Sch-3 estan disefadas para encontrar las "mejores" asignaciones, con la limitacion de que la asignacion de BW no puede llevarmas de M bloques de tonos. Un bloque de tonos puede representarse como un vector 1 x N, donde la entrada n-esima = 1 si el grupo de tonos n esta asignado, y la entrada n-esima = 0 si este no esta asignado a una solicitud. Un grupo de tonos puede contener uno o varios tonos. Adicionalmente, en algunas realizaciones todos los grupos de tonos asignados pueden estar limitados a un bloque contiguo.
Ademas de la limitacion real sobre la asignacion, resulta evidente que la utilizacion de realizaciones de Sch-2 puede tener como resultado una "fragmentacion" del mapa de tonos. Esto puede ocurrir cuando las asignaciones son solicitadas, concedidas y expiran. Cuando esto se produce, el mapa de tonos termina con muchos huecos de intervalos de tonos libres entre bolsas de intervalos de tonos utilizados. Esta fragmentacion puede tener un impacto negativo. Las realizaciones de Sch-3, al limitar la asignacion a tener un numero limitado de bloques, limitan la fragmentacion del mapa de tonos, reducen los requisitos de memoria y reducen la sobrecarga de se falizacion en comparacion con las realizaciones de Sch-2. Como resultado de la reduccion en la fragmentacion, las realizaciones de Sch-3 pueden proporcionar una utilizacion yun rendimiento de QoS mejores (soporte de limitacion de retardo) que las realizaciones de Sch-2, incluso a pesar de que las realizaciones de Sch-3 no son 'optimas para una sola solicitud'.
En muchos entornos, tales como los utilizados por sistemas de comunicacion por la linea de tension e inalambricos, el canal de comunicacion es selectivo en frecuencia y variable en el tiempo. Ademas, el canal entre diferentes pares de dispositivos puede presentar caracteristicas diferentes. Las realizaciones de Sch-1 explotan la variabilidad en el canal entre los dos dispositivos que realizan la solicitud BW, eligiendo aquellos tonos que proporcionan el mejor rendimiento (mayor velocidad de transferencia de datos). La eleccion delos tonos puede basarse, en parte, en la estimacion de la carga de bits(BLE, Bit Loading Estimate), que puede determinarse mediante metodos conocidos. La BLE muestra el numero maximo de bits/simbolo que pueden ser transmitidos sobre un t ono dado. En estas realizaciones, pueden utilizarse las BLE para proporcionar acceso por division de frecuencia, acceso por division de tiempo y acceso por doble division de frecuencia-tiempo y planificacion de BW para PHYs multitono.
Las realizaciones de Sch-1 tienen requisitos de equipamiento fisico, sobrecarga de protocolo y complejidad de implementacion muy bajos,en comparacion con todos los demas algoritmos OFDMA. Las realizaciones de Sch-1 limitan la fragmentacion del mapa de tonos-intervalos de frecuencia-tiempo (o abreviadamente, mapa de tonos) asignando el mejor bloque de tonos contiguo disponible. La asignacion de un solo bloque de tonos reduce la perdida de BW debida a los tonos de guarda, comun en PHYs OFDM.
Las realizaciones de Sch-2 pueden, asimismo, utilizar estimaciones de BLE para determinar asignaciones de intervalos de frecuencia y de tiempo, para cada solicitud. Las realizaciones de Sch-2realizan asignacion de BW tanto e n f recuencia ( tonos) como en t iempo ( intervalos de t iempo). N ingun si stema conocido ut iliza B LE p ara proporcionar asignacion por division doble de frecuencia-tiempoy planificacion BW para PHYs multitono (OFDM).
Las realizaciones de S ch-2 pued en r ealizar asi gnaciones de f recuencia y d e i ntervalos de t iempo, en base a requisitos de velocidad de transferencia de datos asi como de retardo.
Las realizaciones de Sch-2 pueden ser "optimas parauna sola solicitud", en dondelasrealizaciones de Sch-2 encuentran y asignan los tonos con las BLE maximas y, por lo tanto, utilizan el numero minimo de tonos e intervalos de tiempo para dar servicio a la solicitud. Algunas realizaciones de Sch-2 pueden no ser globalmente optimas, debido a que una solucion globalmente optima puede requerir una reasignacion de TODAS las asignaciones activas existentes, una operacion costosa. Habitualmente, los sistemas conocidos no son optimos para una sola solicitud. Generalmente, las realizaciones de Sch-2 no requieren hipotesis y limitaciones complejas, tales como potencia de transmision m axima, un ca nal pl ano o ga ussiano, un a ve locidad de t ransferencia de dat os limitada par a ca da dispositivo, o limitar el numero de dispositivos en la red.
Las realizaciones de S ch-3 pue den l imitar l a asignacion d e B W a un m aximo de M b loques. E n al gunas realizaciones, la asignacion de BW en un mapa de tonos multitono esta limitada a cierto numero de bloques de tonos-intervalos. Las realizaciones de Sch-3 estan previstas para reducir la 'fragmentacion' del mapa de tonosintervalos. Esto tiene beneficios significativos, tales como la reduccion de los tiempos de guarda y de los intervalos de guarda (sobrecarga de guarda), la reduccion de los tamafos de los mensajes (sobrecarga de sefalizacion), una capacidad mejorada para soportar operaciones semiduplex, y el rendimiento global (puesto que pueden acomodarse satisfactoriamente mas solicitudes en un mapa de tonos). No se conocen metodos disefados que se aproximen a la solicitud unica optima, ni que intenten limitar la fragmentacion del mapa de tonos a traves de una limitacion sobre el numero de bloques en la asignacion. Las realizaciones de Sch-3 sirven para codificar la asignacion de BW de manera eficiente (desde el punto de vista de la memoria y de la sobrecarga de sefalizacion). Algunas realizaciones de Sch-3 tienen los atributos novedosos de las realizaciones de Sch-2, si bien algunas realizaciones de Sch-3 pueden no ser optimas para una sola solicitud.
Los algoritmos de planificacion de las realizaciones de la presente invencion son aplicables en sistemas con PHYs multitono. El numero de tonos o frecuencias es un parametro del sistema configurable. Habitualmente, un dispositivo que solicita BW puede ser asignado a uno o varios tonos.
Habitualmente, en estos sistemas el tiempo es divididoen intervalos y en tramas. La duracion de la trama, la duracion del intervalo y el numero de intervalos por trama son parametros del sistema que son configurables. En muchas realizaciones, un dispositivo que solicita BW puede ser asignado a uno o varios intervalos para cada tono asignado.
Multiples dispositivos dentro de una red comparten el BW. Generalmente, el numero de dispositivos en la red no esta limitado.
En algunas realizaciones de la presente invencion, las asignaciones de BW son realizadas mediante un controlador central (CC, Central Controller) o maestro, que conoce el estado del canal entre cualesquiera dos dispositivos en las redes que controla, y arbitra entre dispositivos que comparten el BW disponible. El CC puede obtener informacion del canal, obteniendo la BLE. El controlador de las realizaciones de la presente invencion puede ejecutar las funciones de planificacion en respuesta a las solicitudes de BW recibidas desde dispositivos en la red.
En algunas realizaciones, no hay limite para la potencia de transmision de los dispositivos individuales. La potencia de transmision puede estar limitada mediante la limitaciones de cualquiera de los dispositivos, tal como es el caso en los dispositivos inalambricos. Asimismo, la potencia de transmision puede estar limitada por las emisiones fuera de banda en frecuencias vecinas, tal como puede ser el caso en dispositivos por linea de tension. El limite de potencia maxima puede reflejarse en el calculo de la estimacion de la carga de bits (BLE) para cada tono, para cada par de dispositivos.
La estimacion de la carga de bits puede definirse como la densidad de modulacion maxima (bits/simbolo) que puede ser soportada sobre cualquier tono dado. La BLE asume cierta probabilidad de error aceptable y cierta potencia maxima de transmision. La BLE es solamente una aproximacion, y no tiene del todo en cuenta el entorno de interferencia variable. La interferencia afecta de diferentes maneras al maximo de bits/simbolo que puede modular digitalmente un tono dado, en funcion de la fuente de la interferencia, de su proximidad al dispositivo y de las caracteristicas de l a P HY. E n al gunas realizaciones de l a pr esente invencion, l a a utoridad q ue controla las asignaciones de BW (controlador central o maestro) conoce la estimacion de BLE para todos los tonos del mapa de tonos, para el par de dispositivos que realizan la solicitud de BW. En algunas realizaciones, para un rendimiento incrementado, es necesario que el controlador conozca las BLE para todos los tonos para todos los pares de dispositivos que forman parte de la red. Frecuentemente, las BLE tienen que ser actualizadas cuando varian las condiciones del canal.
La PHY puede requerir intervalos de tiempo de guarda y/o tonos de guarda (frecuencias e intervalos de tiempo no utilizados) entre asignaciones realizadas a dispositivos diferentes.
Las realizaciones de la presente invencion pueden comprender esta funcion.
Las realizaciones de l a pr esente i nvencion pu eden co ntemplar dispositivos en l a r ed qu e f uncionan e n m odo semiduplex. Asimismo, las realizaciones pueden contemplar casos enlos que ambos dispositivosfuncionan en modo duplex total (transmiten y reciben al mismo tiempo), pero esto requiere una forma diferente de asignacion de BW.
Las asignaciones de BW consisten en asignaciones de tonos de frecuencia e intervalos de tiempo, entre el conjunto de todos los tonos y los intervalos en el interior de la trama de tiempo. En la figura 1 se proporciona un ejemplo de un mapa de tonos-intervalos o, abreviadamente, mapa de tonos (TM, Tone Map).
En este ejemplo de mapa de tonos-intervalos 10, las frecuencias o tonos se representan en un eje vertical 2 y los intervalos de tiempo se representan a lo largo de un eje horizontal 4. Cada mapa 10 representa una trama que comprende un grupo de tonos disponibles representados como filas, tal como el tono 6. Ademas, el mapa 10 esta dividido en columnas, que representan intervalos de tiempo, tal como el intervalo 8. Por consiguiente, una asignacion de BW esta definida por la interseccion de uno o varios tonos y uno o varios intervalos, tal como las asignaciones 12, 14 o 16. Partes del TM, tales como el bloque reservado 18, pueden estar reservadas para periodos de difusion, periodos de conflicto, periodos de baliza, otras funciones de coordinacion o administracion, o para algun otro proposito. Las areas 20 del TM que no estan asignadas estan generalmente disponibles para su utilizacion.
Las frecuencias o los tonos pueden ser reunidos en "grupos" o conjuntos contiguos de tonos. El numero de tonos en un grupo puede ser de 1 o mas. Este es un parametro del sistema configurable. Las asignaciones de BW para las solicitudes pueden realizarse en unidades de grupos de tonos e intervalos de tiempo, tal como en las asignaciones 12, 14 y 16. A medida que crece el numero de grupos en el TM, crece asimismo la complejidad de calculo de los planificadores propuestos. Por ejemplo, si el sistema tiene un total de 500 tonos, estos pueden ser agrupados en 20 grupos de tonos contiguos, llevando cadagrupo 25 tonos. En una representacion, el TM puede verse como una tabla cuyas entradas estan definidas como sigue TM (grupo i, intervalo j) = 1 solamente si el grupo de tonos i esta libre o no asignado durante el intervalo de tiempo j. De lo contrario TM (grupo i, intervalo j) = 0.
Las realizaciones de la presente invencion pueden utilizar como entrada una solicitud de ancho de banda. Una solicitud de BW puede ser emitida por un dispositivo, a la autoridad de control que arbitra el acceso al medio. Una solicitud de BW puede comprender la siguiente informacion:
•
Identificacion de los dispositivos de fuente y de destino.
•
Especificacion de la velocidad de transferencia de datos (numero de octetos/trama).
•
Especificacion del retardo (numero maximo de intervalos de tiempo).
Asimismo, las realizaciones de la presente invencion pueden utilizar como entrada una configuracion de tramas o un mapa de tonos-intervalos. Esto puede comprender la identificacion de intervalos de tiempo utilizados y libres en las tramas, para cada grupo de tonos.
Asimismo, las realizaciones de la presenteinvencionpueden utilizar una BLE (estimacion de la carga de bits)de cada tono, para la conexion fuente-destino concreta. Puede calcularse una BLE para cada conexion en el sistema, mediante la funcion de sondeo. Pueden mantenerse estimaciones de la BLE en el controlador central.
La entrada del controlador puede comprender asimismo parametros de sistema, tales como el tamafo de trama, el numero de intervalos/trama, el numero de simbolos OFDM/intervalo, el numero de grupos de tonos, etc.
Cuando se recibe una solicitud, el controlador central (CC) de las realizaciones de la presente invencion puede evaluar la solicitud de BW frente a la utilizacion actual de BW mostrada mediante el mapa de tonos. Si existe suficiente BW libre, disponible para satisfacer la solicitud y los requisitos de velocidad de transferencia de datos y de retardo especificados en la solicitud, el CC puede generar una asignacion de BW. La asignacion de BW especifica los tonos (o grupo de tonos) y los intervalos de tiempo a utilizar por los dispositivos que generaron la solicitud. Las asignaciones de BW pueden ser especificadas y transportadas por el CC a los dispositivos, de diferentes maneras. La forma de la asignacion de BW depende del protocolo y del planificador. La forma de la asignacion puede incidir sobre los requisitos de memoria en el equipamientofisico (HW), asi como sobrela sobrecargade sefalizacion durante los procedimientos de establecimiento de conexion o de solicitud de BW. Por consiguiente, diferentes realizaciones del planificador tienen impactos diferentes sobre el rendimiento o los requisitos del sistema.
Diversas realizaciones de la presente invencion pueden especificar asignaciones de diferentes maneras. En las realizaciones del planificador 1, la asignacion de BW puede especificarse mediante el id del primer tono (o grupo) y el id del ultimotono (o grupo), en el bloquede tonos. Habitualmente, no se especifican asignaciones de intervalos.
Los dispositivos pueden utilizar todos los tonos (grupos) especificados, durante todos los intervalos en una trama. Este f ormato requiere m uy poca m emoria y m uy poca so brecarga d e se falizacion. E n l as realizaciones del planificador 2, la asignacion de BW puede ser especificada por el mapa de tonos de asignacion; A(g, s) =1 si el grupo de tonosgyel intervalo s son asignados a la solicitud, y de lo contrario A(g, s) = 0. Este formato puede
5 consumir mucha memoria y requerir una sobrecarga de sefalizacion superior. En las realizaciones del planificador 3, la asignacion de BW puede especificarse mediante el mapa de tonos de asignacion, tal como en las realizaciones del planificador #2. El tamafo de la asignacion se limita especificando "bloques" de tonos, y limitando en numero de bloques de tonos en una asignacion.
Un bloque de tonos puede definirse como un vector de 1 por N, en el que cuando la entrada n-esima = 1, el grupo n
10 de tonos esta incluido en este bloque, y cuando la entrada n-esima = 0, el grupo de tonos no esta incluido en este bloque. P or c onsiguiente, los grupos de t onos en u n b loque N O t ienen por que s er t odos contiguos. E n l as realizaciones de Sch-3, el numeromaximo de bloques de tonos en la asignacion esta limitado a M. Para cada intervalo de tiempo, la asignacion de BW indica que bloques estan activos para la asignacion. Puede utilizarse el mismo procedimiento para especificar asignaciones en las realizaciones del planificador 2. En las realizaciones del
15 planificador #2, el numero de bloques/asignacion puede ser igual al numero de tonos o de grupos de tonos. A continuacion se muestra un ejemplo del numero de octetos requeridos para este procedimiento de codificacion, para una realizacion del Sch-3:
Bloque = vector de 1 por N. Entrada n-esima = 1, significa que el grupo n de tonos esta incluido; 0 significa que no esta incluido.
20 • Los grupos de tonos en un bloque no son necesariamente contiguos.
•
Funcion techo(N/8) octetos, para definir cada bloque. (Por ejemplo, N=37 => 5 octetos)
•
Supongase que se ut ilizan M bloques diferentes e n u na as ignacion. Para c ada i ntervalo d e t iempo, so n necesarios M bits para indicar si se utiliza uno o varios bloques.
•
256 intervalos => 256 * M/8 = 32*M octetos necesarios. (Por ejemplo, M=2 => 64 octetos)
25 • Total = (definir todos los bloques M) + (especificar que bloques se utilizan en cada intervalo) = Funcion techo(N/8)*M + 32*M
• Por ejemplo, N = 37, M = 2 => 5*2 + 32*2 = 74 octetos.
Algunas realizaciones de la presente invencion pueden comprenderse mejor mediante una descripcion detallada de realizaciones concretas, consideradas realizaciones del planificador 1 (Sch-1). El objetivo de estas realizaciones del 30 Sch-1 es definir un enfoque simple para explotar la naturaleza selectiva en frecuencias de las BLE para los canales entre pares de dispositivos individuales. Las realizaciones de Sch-1 son adecuadas para conexiones de gran BW que estan activas continuamente, tales como aplicaciones de HDTV o de SDTV, o de transmision continua sobre IP. En las realizaciones de Sch-1, el requisito de asignacion de un solo bloque impide la utilizacion de bloques libres menores en u n m apa d e t onos. E stas realizaciones pueden se r m enos eficientes para t rafico d e r afagas con
35 periodos inactivos.
En estas realizaciones de Sch-1 concretas, la asignacion de BW se realiza como un bloque contiguo de tonos/grupos que satisfacen la solicitud. Asimismo, en funcion de las limitaciones de la PHY puede ser necesario asignar tonos de guarda entre asignaciones realizadas a dispositivos fuente diferentes.
En estas realizaciones de Sch-1 concretas, los siguientes simbolos o terminos se definen como sigue:
40 N = numero de grupos de tonos. (Cada grupo de tonos puede tener 1 tono o mas, todos los grupos tienen el mismo numero de tonos).
n primero = primer grupo de tonos en la asignacion. (1 < n primero : N)
n ultimo = ultimo grupo de tonos en la asignacion. (1 < n ultimo : N)
n primero < = n ultimo significa asignar los grupos de tonos {n primero, n primero+1,..., n ultimo}.
45 n primero> n ultimo significa asignar los grupos de tonos {n primero, n primero+1, ...,N} y {1, 2,...,n ultimo}.
En el diagrama de flujo de la figura 2 se muestra un ejemplo de algoritmo para una realizacion de Sch-1. En esta realizacion, el planificador se inicia en 30 y se recibe una solicitud de ancho de banda. A continuacion, el planificador obtiene 32 una BLE para cada tono, en cada grupo de tonos. A continuacion se determina 34 la viabilidad de cada grupo de tonos mediante un proceso que puede comprender las siguientes etapas:
5 Para cada combinacion de (n-primero, n-ultimo), hacer:
a.
Si n primero <= n ultimo, considerar los grupos de tonos {n primero, n primero+1,..., n ultimo}; si no, si n primero > n ultimo, considerar los grupos de tonos {n primero, n primero+1, ...,N} y {1, 2,...,n ultimo} .
b.
Calcular el numero de bits en los grupos de tonos en un intervalo, en base a la BLE para cada par de salida.
c.
Encontrar el numero de intervalos necesarios para soportar la solicitud.
10 d. Si esta cantidad de intervalosesta disponible, (n primero, n ultimo) es viable, yencontrar el numero total de unidades de tonos-intervalos necesarias.
Si se encuentran uno o varios grupos de tonos viables, se encuentra el grupo o los grupos de tonos que minimizan el numero de unidades de tonos-intervalos y estos son asignados 36 a la solicitud, de acuerdo con las siguientes etapas:
15 a. Si no hay ningun par (n primero, n ultimo) viable, rechazar la solicitud.
b.
Entre los pares (n primero, n ultimo) viables, elegir el par que utiliza menos unidades de tonos-intervalos.
c.
Se proporciona la asignacion mediante n primero* y n ultimo*, y se asignan intervalos suficientes para dar soporte a solicitud.
Si no se encuentra un grupo de tonos viable, la solicitud sera rechazada.
20 En las figuras 3A y 3B se muestra un ejemplo de una asignacion realizada mediante una realizacion del planificador 1, en un formato similar al de la figura 1, con un eje vertical 2 de frecuencia o de tonos, graficado con un eje horizontal 4 deintervalos de tiempo. En el mapa se muestra, asimismo, un intervalo 18 de tonos reservados. En estas realizaciones, un grupo de tonos se define mediante un primer y ultimo tonos en el grupo (n primero*y n ultimo*). No obstante, el orden de estos tonos contribuye a definir la asignacion.
25 Cuando n primero* es menor que n ultimo*, se realizara una asignacion del grupo de tonos tal como la mostrada en la figura 3A. En este caso, los grupos de tonos que comienzan en n-primero* 40 y finalizan en n ultimo* 42 seran asignados en una sola asignacion rectangular 44 del grupos de tonos.
Cuando n primero* es mayor que n ultimo*, se realizara una asignacion del grupo de tonos tal como la mostrada en la figura 3B. En este caso, los grupos de tonos que comienzan en n ultimo* 42 y finalizan en n primero* 40 seran
30 asignados en multiples asignaciones rectangulares 46a y 46b de grupos de tonos.
La asignacion realizada mediante las realizaciones del planificador 1 es siempre un bloque rectangular. Esto simplifica la especificacion de la asignacion. Los metodos del Sch-1 son aplicables incluso cuando existen asignaciones activas en el mapa de tonos. Esta situacion puede tratarse alimentando el algoritmo con un mapa de tonos que muestre solamente los grupos de tonos libres.
35 En algunas realizaciones del planificador 2, un objetivo es encontrar la "mejor asignacion" para una solicitud de BW, sin ninguna limitacion sobrela asignacion. "La mejor", puede definirse como la asignacion que utiliza los minimos tonos-intervalos de tiempo del mapa de tonos-intervalos.
Algunas realizaciones del Sch-2 pueden tener limitaciones aplicadas a la seleccion de BW, si bien, en la mayor parte de los casos, estas realizaciones pueden seleccionar cualesquiera grupos de tonos e intervalos de tiempo
40 adecuados (es decir, sin limitaciones sobre el numero o la posicion de los tonos y los intervalos). Ademas, no es necesario que los grupos de tonos sean contiguos. En algunas realizaciones, puede ser necesario asignar tonos de guarda e intervalos temporales de guarda, entre asignaciones realizadas a diferentes dispositivos fuente, en funcion de las limitaciones de la PHY.
En la figura 4 se muestra un ejemplo de algoritmo para una realizacion de Sch-2, en forma de diagrama de flujo. En
45 esta realizacion, se inicia 50 el planificador y se recibe 52 una solicitud de BW. A continuacion se obtienen 54 desde cada BLE los bits por simbolo promedio, para cada tono en cada grupo de tonos. A continuacion se ordenan 56 los grupos de t onos. E sta cl asificacion p uede r ealizarse e n or den descendente de bits por si mbolo pr omedio. E n algunas realizaciones, los grupos de tonos pueden ser clasificados en orden descendente de densidad de modulacion promedio, o btenida a partir de l a B LE ( fuente, dest ino) de c ada t ono del gr upo. La d ensidad d e modulacion promedio de un grupo de tonos puede expresarse como la suma de las BLE para todos los tonos en el grupo, dividida por el numero de tonos del grupo.
A continuacion, se asignan 58 intervalos libres para cada grupo de tonos, sobre el mapa de tonos. Una vez que se han encontrado intervalos disponibles, estos pueden ser asignados. Habitualmente, los intervalos en el grupo de tonos que tienen el valor mas elevado de bits por simbolo promedio son asignados primero. Generalmente, se selecciona 60 el grupo de tonos no asignados (inicialmente todos los grupos estan sin asignar) con el mayor valor de bits por simbolo promedio. Los intervalos de tonos en este grupo son asignados a la solicitud 62. Si se satisface 64 la solicitud de BW, el proceso puede finalizar 66. Si la solicitud de BW no se satisface 64, el numero de octetos en la solicitud se disminuye 68 mediante la cantidad asignada en el ciclo previo 62. En este punto, pueden verificarse 70 los tonos disponibles para comprobar si se han agotado. En caso afirmativo, la solicitud puede ser rechazada 72. Si no se han agotado los tonos, la rutina puede volver a la seleccion 60 de grupo, y puede seleccionarse el grupo no asignando con el mayor valor de la relacion de bits por simbolo, y asignarse tal como se ha descrito anteriormente.
Para estas realizaciones, si se especifica, asimismo, un valor de retardo en la solicitud (por ejemplo, para aplicacion en tiempo real), entonces en la asignacion de BWpueden utilizarse solamente los intervalos de tiempo que se producen antes de la expiracion del retardo. Esta limitacion es aplicable solamente si el retado es : duracion de 1 trama. Las realizaciones del Sch-2 pueden tratar esta limitacion de retardo.
Algunas realizaciones del Sch-2 pueden realizar asignaciones para solicitudes sin un retardo temporal. Estas asignaciones pueden se r c oncedidas tal como se m uestra en l a f igura 5, qu e es un m apa de t onos para l a asignacion. En estos casos, ha sido concedida previamente una asignacion existente 76. Los grupos de tonos han sido ordenados en un primer mejor grupo de tonos 78, un segundo mejor grupo de tonos 80 y siguientes mejores grupos de tonos 82. Cuando la solicitud lo requiera, todos estos grupos seran asignados 84 durante toda la trama.
Algunas realizaciones de Sch-2 pueden llevar a cabo asignaciones para solicitudes con un requisito de retardo temporal. Estas asignaciones pueden ser concedidas tal como se muestra en la figura 6, que es un mapa de tonos para la asignacion. En estos casos, ha sido concedida previamente una asignacion existente 76. Los grupos de tonos han sido ordenados en un primer mejor grupo de tonos 88, un segundo mejor grupo de tonos 90 y siguientes mejores grupos de tonos 92. Cuando la solicitud lo requiera, todos estos grupos seran asignados 94 a los intervalos no asignados en estos grupos, hasta el siguiente intervalo de tiempo 86 en el que la limitacion de retardo impida su utilizacion.
Algunas realizaciones de Sch-2 estan cerca de la "solicitud unica optima", debido a que los mejores grupos de tonos son asignados uno a uno, hasta que se satisface un requisito de velocidad de transferencia de datos (es decir, para el caso en el que numero de tonos/grupos > 1). Algunas realizaciones de Sch-2 son realmente la "solicitud unica optima", si hay 1 tono en cada grupo de tonos.
Algunas realizaciones de Sch-2 pueden no ser globalmente optimas, en el sentido de maximizar la velocidad de transferencia de datos total. Las asignaciones para las realizaciones de Sch-2 pueden comprender un gran numero de "bloques de tonos". El gran tamafo de la asignacion puede incrementar significativamente la sobrecarga de protocolo (sefalizacion), asi como los requisitos de memoria en el dispositivo.
Las realizaciones de la presente invencion descritas como planificador 3 estan disefadas tipicamente para encontrar una asignacion de tonos-intervalos "superior", estando la asignacion limitada por el numero de "bloques" en la misma. En algunas realizaciones, una asignacion "superior" puede definirse como la asignacion que utiliza una cantidad menor o minima de grupos de tonos o intervalos de tiempo, del mapa de tonos-intervalos.
Ademas de las hipotesis y limitaciones que se han descrito anteriormente para otros ejemplos de planificadores, para obtener un ejemplo de algoritmo de Sch-3 se adopta una limitacion adicional sobre las realizaciones de Sch-2, sobre el numero de bloques en la asignacion. De este modo, un ejemplo de realizacion de Sch-3 puede tener las siguientes limitaciones:
•
Asignaciones de grupos de tonos especificadas en terminos de "BLOQUES".
•
Bloque = vector de 1 por N, donde la entrada n-esima = 1 significa que el grupo n esta asignado; y 0 significa que no esta asignado.
•
Numerode BLOQUES en la especificacion de la asignacion limitado a, digamos, M bloques. Esdecir, una asignacion puede tener solamente M vectores de 1 x N que especifican grupos de tonos.
•
Limitacion opcional: todos los grupos de tonos asignadosen un bloquedeben ser contiguos. �sta es una restriccion opcional.
Las realizaciones del planificador 3 pueden ser extensiones de realizaciones del Sch-2, que manejan la limitacion de utilizar un numero maximo fijo de bloques (: M bloques) en una asignacion. Esta limitacion sobre el numero de
5 bloquesobligaal planificadoraencontrar asignaciones contiguas degruposdetonos-intervalos de tiempo. Las asignaciones de BW realizadas por las realizaciones del Sch-3 tienen como resultado un mapa de tonos menos "fragmentado".
La creacion de numerosas zonas no adyacentes de intervalos de tiempo ytonos, utilizados y no utilizados, se denomina fragmentacion del TM. Se produce fragmentacion cuando una sola asignacion utiliza intervalos de tiempo y grupos de tonos no contiguos. Como resultado del tamafo limitado de la especificacion de las asignaciones de BW, las asignaciones de Sch-3 requieren menos memoria en el HW y menos sobrecarga de sefalizacion. Asimismo, los protocolos pueden limitar la transmision de un mapa de tonos completo para cada solicitud (es decir, Avalanche PLC tiene una limitacion de 4 bloques/asignacion), y esta es otra razon para aplicar las realizaciones de Sch-3.
Cuando la asignacion consiste en intervalos de tiempo y tonos no contiguos, la mayor parte de los sistemas PHY
15 multitono requieren que sean asignados tiempos de guarda intervalos de guarda entre asignaciones adyacentes. Cuando la fragmentacion se incrementa, las asignaciones de BW consisten en un numero creciente de grupos de tonos eintervalos de tiempo no adyacentes. Esta sobrecarga adicionalprovocada por los tonos de guarda y los intervalos de tiempo de guarda entre grupos e intervalos asignados a diferentes asignaciones, puede consumir una parte significativa de la capacidad disponible y, por lo tanto, reducir drasticamente la utilizacion de la capacidad.
Asimismo, losmapas de tonos fragmentados reducen la capacidad de la red para soportar un funcionamiento semiduplex (en el que los dispositivos no pueden transmitir y recibir a la vez). La fragmentacion tiene como resultado menos intervalos y grupos disponibles para operacionessemiduplex. Finalmente, en la mayor parte de las PHY multitono, los preambulos para cada grupo de tonos asignado deben estar alineados en intervalos. La fragmentacion del mapa de tonos dificulta encontrar grupos de tonos que puedan estar alineados. Esto reduce las probabilidades
25 de encontrar una asignacion de BW adecuada que satisfaga el requisito, y conduce a una elevada probabilidad de bloqueo de la solicitud, incluso a pesar de que existe capacidad disponible en el sistema.
Las realizaciones de la presente invencion pueden utilizar un patron de uso basico (BUP, Basic Usage Pattern), que puede adoptar la forma de un vector fila de 1 por n (en algunas realizaciones, n = 256), con entradas 0 o 1 (0 = utilizado; 1 = libre). Asimismo, un BUP puede comprender las caracteristicas siguientes:
•
La entrada i-esima de un BUP indica si el intervalo t esta o no libre para el grupo de tonos concreto.
•
Cada grupo de tonos tiene un BUP, dado por un mapa inicial de tonos-intervalos.
•
A partir de los BUP de todos los grupos de tonos, se obtiene SB, que es el conjunto de todos los BUP unicos.
•
Asimismo, se encuentra GB(a), que es el conjunto de grupos de tonos que pertenecen al BUP a.
•
Dados u, v en SB, y u � v => GB (u) � GB (v) = �
35 En algunasrealizaciones,puedeutilizarse un algoritmo para encontrar SB(el conjunto de BUP unicos)y GB(a) (el conjunto de grupos de tonos que pertenecen al patron de uso basico a). El algoritmo se muestra en la figura 7. Para encontrar SB, se inicia 100 el algoritmo y es aplicado a un mapa inicial 102 de tonos-intervalos. El conjunto inicial de BUPs se inicializa como vacio 104. A continuacion, cada fila del mapa de tonos-intervalos es analizada 106 y comparada con los patrones de filas almacenados en SB. Si la fila actual no esta contenida en S B, su patron sera afadido 110. Esto se producira para cada fila en el mapa de tonos.
Se sigue el mismo proceso para cada grupo de tonos. Un conjunto inicial de grupos de tonos, GB, se inicializa como vacio 112 y cada grupo de tonos unico es afadido 114 al conjunto. Este proceso se repite hasta que se han tenido en cuenta todos los grupos de tonos del mapa.
Los BUP de las realizaciones de la presente invencion pueden describirse mejor haciendo referencia a la figura 8,
45 que es un diagrama que comprende un mapa de tonos. Igual que otros mapas de tonos de esta descripcion, la parte de mapa de este diagrama comprende un eje vertical 2 que representa la frecuencia, dividida en grupos de tonos. El eje horizontal 4 representa el tiempo y esta dividido en intervalos de tiempo. En este mapa, se muestra una zona reservada 18 que no esta disponible para su asignacion a los dispositivos. Las partes del mapa que han sido asignadas previamente se muestran como asignaciones existentes 96. El resto del mapa esta asignado para su uso actual. La tabla situada a la derecha del mapa de tonos muestra los BUP como cadenas binarias 120 junto con sus identificadores BUP 98 (a1 a a3). Asimismo, a la derecha del mapa de tonos se muestran numeros 122 de los grupos de tonos, comprendidos entre #1 y #12. En este mapa, se identifican tres patrones de uso basicos (BUP) (a1, a2 y a3). Un primer BUP 124, con el identificador BUP a1, se encuentra en los primeros 4 grupos de tonos (filas) del mapa de tonos. El primer BUP 124 esta definido utilizando todos los intervalos de tiempo excepto los asignados a la zona reservada 18 y a la asignacion existente 96a. Tal como se muestra en el mapa la figura 8, esto contiene los intervalos de tiempo c - n y r - t. Este patron se repite para los primeros cuatro grupos de tonos (#1 - #4).
En el quinto grupo de tonos se identifica un segundo BUP 126, con el identificador BUP a2. Este segundo BUP utiliza todos los intervalos de tiempo excepto los asignados a la zona reservada 18. Estos son los intervalos de tiempo c -t. Este BUP se reproduce en los grupos de tonos #10, #11 y #12.
En el grupo de tonos #6 se identifica un tercer BUP 128, con el identificador BUP a3. Este BUP utiliza todos los intervalos de tiempo excepto los asignados a la zona reservada 18 y a la asignacion existente 96b. Tal como se muestra en el mapa de la figura 8, esto son los intervalos de tiempo c - e y j - t.
En la figura 8, la tabla a la derecha del mapa de tonos muestra una columna 98 con identificadores BUP (a1, a2 y a3), y una columna 120 que muestra cada BUP como una cadena binaria con un bit para cada intervalo de tiempo. Los intervalos de tiempo que estan asignados a un dispositivo se indican como asignados con el simbolo 1, y se indican como no asignados con el simbolo 0.
Las realizaciones de la presente invencion pueden utilizar un patron de uso derivado (DUP, Derived Usage Pattern). El limite de M bloques de una asignacion de BWimplica que un Sch-3 puede asignar grupos de tonos de, como maximo, M patrones de uso basicos. Sin embargo, asignar grupos de tonos de solamente M BUPs puede no satisfacer la velocidad de transferencia de datos de la solicitud, debido a una capacidad inadecuada en estos M BUPs. Para solucionar este problema, pueden combinarse varios BUP para formar un patron de uso derivado (DUP), y reunir sus grupos de tonos. Un patron de uso derivado puede obtenerse aplicando la operacion logica AND sobre uno o varios BUPs.El DUP resultante no tiene por que ser unico. Un DUP puede tener las caracteristicas siguientes:
�
Utilizar intervalos disponibles comunes de varios BUP, y utilizar todos sus grupos de tonos.
�
Numero de DUPs = 2(numero de BUPs) -1
En el ejemplo de DUP 130, el DUP puede comprender dos BUP (d4 = a1 AND a2) 124 y 126, tal como se muestra en la figura 9. Este ejemplo indica como puede incrementarse el numero de tonos-intervalos libres, mediante la operacion de fusion del DUP. Con solamente un bloque, el numero de octetos libres(d4) > octetos libres(a1) u octetos libres (a2). En este DUP 130 de ejemplo, los intervalos de tiempo comunes al BUP a1 124 y al BUP a2 126 (intervalos c -m y r -t) se combinan para la totalidad de los 8 grupos de tonos de los dos BUP 124 y 126, como una asignacion DUP 130. Tal como puede verse por el mapa de la figura 9, se asigna mas ancho de banda con un solo DUP que con cualquiera de los BUP 124 y 126 utilizados para formar el DUP.
Asimismo, en este ejemplo que se muestra en la figura 10 puede observarse que el conjunto de los BUP 132 permite que sean asignados solamente 4 grupos de tonos 134 para cada BUP. En este mismo ejemplo, puede ser utilizado un solo DUP 140, entre los 7 DUP posibles 138, para asignar hasta la totalidad de los 12 grupos de tonos 136 (aunque algunos tendran menos intervalos de tiempo disponibles).
Habitualmente, algunas realizaciones de Sch-3 comprenden dos funciones principales: fun bup() y fun dup(). En un ejemplo de realizacion, fun bup() utiliza patrones de uso basicos solamente para realizar la asignacion de BW. El planificador de Sch-3 asigna grupos de tonos procedentes de : M BUPs para satisfacer la limitacion sobre el numero de grupos de tonos en la asignacion. fun dup() utiliza DUPs en la asignacion (por definicion, un BUP es un DUP, pero un DUP no es necesariamente un BUP). Fun dup() asigna gruposde tonos a partir de M DUPs, yesto
: satisface la limitacion sobre el tamafo de la asignacion. Puesto que fun bup y fun dup utilizan ambos, como mucho, M patrones de uso basicos o derivados, esto implica que la asignacion de BW se compone de como mucho M bloques.
La figura 11 muestra un ejemplo de algoritmo para algunas realizaciones de Sch-3. En estas realizaciones, el planificador recibe una solicitud 150, y a continuacion comienza 152 la busqueda de ancho de banda disponible. Este ejemplo de planificador determinara el numero de octetos requeridos por trama, y la densidad de modulacion requerida para el par de salida 154. En primer lugar, la realizacion del Sch-3 intenta satisfacer un requisito 150 de BW, calculando y examinando los BUP utilizando la funcion fun bup 156. Si se encuentra 158 una asignacion, la solicitud es aceptada y satisfecha utilizando solamente los BUPs 160, y el mapa de tonos es actualizado. Cuando esto ocurre, el proceso termina 170b.
Si no es posible una asignacion utilizando los BUP, entonces el planificador calculara y examinara los DUP en base a todos los BUP calculados mediante fun bup. La asignacion utilizando los DUP se realiza mediante la funcion fun dup 162. Si se encuentra una asignacion utilizando los DUP 164, la solicitud es aceptada y asignada 166 con los DUP, y el mapa de tonos es actualizado. A continuacion, el proceso terminara 170b.
Si no puede encontrarse una asignacion utilizando fun bup 158 o fun dup 164, la solicitud es rechazada 168 y el proceso finaliza 170a.
Un ejemplo de funcion fun bup(), para la cual se muestra un diagrama de flujo en la figura 12, puede llevarse a cabo con las etapas siguientes:
� Calcular el numero de octetos que pueden ser soportados utilizando todos los grupos de tonos en cada BUP 180.
� Encontrar la lista de todas las combinaciones de BUPs que pueden soportar la solicitud, asumiendo que pueden utilizarse : M BUPs 182.
� Si no existe una lista viable 184,
� Salir y ejecutar fun dup() 198.
� Si no, Para cada combinacion viable de BUPs en la lista:
� Ordenar los grupos de tonos correspondientes en orden descendente de densidad de bits promedio 186.
� Seguir asignando los mejores grupos de tonos restantes, hasta que se satisface la solicitud 188.
� Registrar el numero de unidades de tonos-intervalos utilizadas 190.
� Seleccionar la mejor combinacion de BUPs que utiliza menos unidades de tonos-intervalos 192.
� Ordenar los grupos de tonos correspondientes en orden descendente de densidad de bits promedio 194.
� Asignar los mejores grupos de tonos hasta que se satisface la solicitud 196.
Un ejemplo de funcion fun dup(), para la cual se muestra un diagrama de flujo en la figura 13, puede llevarse a cabo con las etapas siguientes:
� Calcular el numero de octetos que pueden ser soportados utilizando todos los grupos de tonos en cada DUP 200.
� Encontrar la lista de todas las combinaciones de DUPs que pueden soportar la solicitud, asumiendo que pueden utilizarse : M DUPs 202.
� Nota: considerar solamente DUPs que no compartan el mismo BUP.
o Si no existe una lista viable 204,
o Rechazar la solicitud 106.
o Si no,
o Para cada combinacion viable de DUPs:
� Ordenar los grupos de tonos correspondientes en orden descendente de densidad de bits promedio 208.
� Seguir asignando los mejores grupos de tonos restantes, hasta que se satisface la solicitud 210.
o Registrar el numero de unidades de tonos-intervalos utilizadas 212.
o Seleccionar la mejor combinacion de DUP que utiliza menos unidades de tonos-intervalos 214.
o Ordenar los grupos de tonos correspondientes en orden descendente de densidad de bits 216.
o Asignar los mejores grupos de tonos hasta que se satisface la solicitud 218.
Los terminos y las expresiones que se emplean en la descripcion anterior se utilizan en terminos descriptivos yno limitativos, y con la utilizacion de dichos terminos y expresiones no se pretende excluir equivalencias de las caracteristicasmostradas y descritas, o de partesde las mismas, reconociendose que el alcance dela invencion esta definido y limitado solamente mediante las siguientes reivindicaciones.

Claims (1)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Metodo para el reparto del ancho de banda en un medio de comunicacion, comprendiendo dicho metodo: a) dividir el ancho de banda en una serie de grupos de tonos; b) dividir dichos grupos de tonos en intervalos de tiempo; c) determinar una estimacion de la carga de bits, BLE, para cada uno de dichos grupos de tonos, siendo la BLE el
    numero maximo de bits/simbolo que pueden ser transmitidos en un tono dado;
    d) determinar patrones de uso basicos, BUPs, para un par de dispositivos, siendo el BUP un vector fila de 1 por n, en el que la entrada a i-esima indica si el intervalo t esta o no libre para un grupo de tonos concreto; e) buscar combinaciones de BUP que proporcionen ancho de banda suficiente para satisfacer una solicitud para
    dicho par de dispositivos, caracterizado por: f) si dicha busqueda es satisfactoria, i) calcular el numero de unidades de tonos-intervalos requeridas para satisfacer dicha solicitud para cada una de
    dichas combinaciones, cuando los grupos de tonos son asignados en el orden de mayor a menor BLE,
    ii) entre dichas combinaciones, seleccionar una combinacionfinal que utiliceel numero minimode unidades de tonos-intervalos, y iii) asignar dicha combinacion final a dicha solicitud; g) si dicha busqueda de combinaciones de BUP no es satisfactoria, i) determinar patrones de uso derivados, DUPs, para dichos BUPs, obteniendose los DUP mediante aplicar la
    operacion logica AND sobre uno o varios BUPs; ii) determinar una estimacion de la carga de bits, BLE, para cada uno de dichos DUPs; iii) buscar combinaciones de DUP que proporcionen ancho de banda suficiente para satisfacer dicha solicitud para
    dicho par de dispositivos; iv) si dicha busqueda de combinaciones de DUP es satisfactoria,
    (1)
    calcular el numero de unidades de tonos-intervalos requeridas para satisfacer dicha solicitud para cada una de dichas combinaciones, cuando los grupos de tonos son asignados en el orden de mayor a menor BLE,
    (2)
    entre dichas combinaciones de DUP, seleccionar una combinacion de DUP final que utilice el numero minimo de unidades de tonos-intervalos;
    (3)
    asignar dicha combinacion DUP final a dicha solicitud.
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