ES2544996T3 - Método y sistema para ahorrar energía y minimizar el nivel de interferencia en un despliegue de red de nodos de acceso de radio - Google Patents

Abstract

Metodo para ahorrar energia y minimizar el nivel de interferencia en un despliegue de red de nodos de acceso de radio, que comprende la activacion y/o desactivacion de transceptores RF de uno o mas nodos de acceso de radio de dicho despliegue de red de nodos de acceso de radio, en el que dicho despliegue de red de nodos de acceso de radio esta dispuesto en una configuracion maestro/esclavo en el que cada nodo es apto para ser asignado, mediante una configuracion inicial, como un nodo de acceso de radio maestro o como esclavo y porque el metodo comprende: - intercambiar informacion de manera bidireccional entre un nodo de acceso de radio maestro asignado de dicho despliegue de red de nodos de acceso de radio y cada uno de los nodos de acceso de radio esclavos asignados, para al menos: o enviar cada nodo de acceso de radio esclavo asignado su informacion de carga de trafico al nodo de acceso de radio maestro asignado; y o procesar, el nodo de acceso de radio maestro asignado la informacion de carga trafico recibida para calcular un parametro de decision y posteriormente enviar dicho parametro de decision a los nodos de acceso de radio esclavos asignados; y - realizar dicha activacion y/o desactivacion automaticamente, mediante los nodos de acceso de radio esclavos asignados, de forma autonoma donde cada nodo de acceso de radio esclavo esta encargado de cambiar sus propias condiciones de transmision, por medio de un algoritmo de decision basandose en el parametro de decision recibido.

Description

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Método y sistema para ahorrar energía y minimizar el nivel de interferencia en un despliegue de red de nodos de acceso de radio

DESCRIPCIÓN 5 Campo de la técnica

La presente invención se refiere en general, en un primer aspecto, a un método para ahorrar energía y minimizar el nivel de interferencia en un despliegue de red de nodos de acceso de radio, realizando un procedimiento de activación y/o desactivación de sus transceptores RF, y más particularmente a un método para realizar dicha

10 activación y/o desactivación partiendo de la base de una configuración coordinada maestro/esclavo.

Un segundo aspecto de la invención se refiere a un sistema de despliegue de red de nodos de acceso de radio para ahorrar energía y minimizar el nivel de interferencia adaptado para implementar el método del primer aspecto.

15 La invención puede aplicarse particularmente a femtocélulas, y también puede aplicarse a estaciones base convencionales, que incluyen macrocélulas, microcélulas y picocélulas de potencia alta/media.

Estado de la técnica anterior

20 Un femtonodo es una estación base celular pequeña, de baja potencia, de corto alcance, instalada por el usuario final, para la cobertura interior en domicilios y empresas. Una femtocélula se conecta a la red del operador móvil mediante una conexión física de banda ancha tal como una línea de abonado digital (xDSL), cable o fibra, e incorpora mecanismos automáticos tales como: autoconexión, autoconfiguración y autooptimización, para despliegues fáciles y automáticos. Los usuarios finales pueden tener un nivel de señal alto, debido a la corta

25 distancia entre transmisor y receptores y en consecuencia disfrutar de un alto rendimiento y una mejor experiencia del usuario en comparación con la cobertura interior proporcionada por macrocélulas.

Los femtonodos, tal como se muestra en la figura 1, se integran en la red núcleo (CN) móvil existente por medio de una pasarela y controlador de red, denominada en general femtopasarela o H(e)NB GW en documentos de la norma 30 3GPP [1], ubicada entre la red de acceso IP y la red núcleo de operador móvil. La femtopasarela agrega y tuneliza el tráfico a partir de un gran número de femtonodos sobre la red IP de banda ancha del abonado tal como DSL, cable o fibra, en la red núcleo móvil existente por medio de interfaces convencionales: IuCS e IuPS para sistemas 3G como 3GPP UMTS y S1 para sistemas 4G como 3GPP LTE/LTEAdvanced. El enfoque de conexión entre femtonodos y la pasarela para 3G es una interfaz nueva denominada Iuh [2] [3]. Debe observarse que para LTE,

35 también se usa S1 entre femtonodos y la pasarela, de modo que un femtonodo LTE podría conectarse directamente a la red núcleo en lugar de conectarse a través de la femtopasarela.

En la actualidad, los femtonodos podrían desplegarse en dos escenarios diferentes. En un entorno doméstico, un único femtonodo permite a los clientes móviles tener una fuerte recepción celular y una conexión a Internet de banda 40 ancha dentro de su propio domicilio. El escenario para entornos de empresa (en los que se centra la invención), se caracteriza por la formación de un grupo de femtocélulas, desplegadas de manera apropiada en el área objetivo tras una planificación racional, con el fin de proporcionar los servicios móviles demandados por los usuarios finales. Además, los femtonodos en un escenario de empresa, a diferencia del escenario residencial, tienen que garantizar la movilidad entre ellos y con la macro vecina, así como conectar con su pasarela de acceso a través de la LAN del

45 sitio en el que se despliegan. De esta forma, los femtonodos tienen la posibilidad de conectarse entre sí a través de la LAN. Esta característica la utiliza la invención tal como se explica más adelante.

Una característica importante de los despliegues de femtonodos es la capacidad de autoconfiguración y autooptimización para el ajuste de parámetros de radio. En entornos de empresa, con un grupo de femtocélulas, es 50 necesario que cada nodo individual colabore con sus vecinos para proporcionar conjuntamente la mejor cobertura de servicio con la mejor calidad de servicio.

El alto número de femtonodos desplegados en un grupo de negocio hace atractivo el estudio de diferentes algoritmos y métodos para reducir el consumo de energía global y para mitigar las interferencias lo máximo posible 55 dentro del grupo. Además, el impacto sobre la gestión de la movilidad y la autooptimización podría ser un campo de interés.

Otro aspecto que puede requerir atención es el pico de tráfico producido de una forma aleatoria o prevista en entornos tales como auditorios, salas de reuniones. En estos entornos el número de femtonodos necesarios para dar 60 servicio a estos picos de usuarios es muy superior al del resto del tiempo, y no parece recomendable mantenerlos activados todo el tiempo. Una buena gestión de femtonodos debe resolver las cuestiones anteriores.

Un requisito de los mecanismos propuestos es que deben funcionar sin ninguna interacción humana. Los femtonodos que pertenecen al agrupamiento deben colaborar de una forma coordinada para dotar a la cobertura

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óptima de calidad de servicio suficiente. Una de las cuestiones más importantes a las que debe hacerse frente con respecto a las femtocélulas es cómo evitar la interferencia perjudicial o bien con una macrocélula o bien con un femtonodo vecino si se utiliza el mismo espectro por las macrocélulas y las femtocélulas [4].

5 El estado de la técnica actual sobre los femtonodos se centra en la optimización de cobertura compatible con interferencias y en procedimientos de ahorro de energía. Para cada una de estas cuestiones en la actualidad se han propuestos diferentes mecanismos y tecnologías que se mencionan a continuación.

10 Optimización de la cobertura

Hay dos tipos de mecanismos de cobertura: Mecanismos basados en femtonodos autónomos, y mecanismos de cooperación basados en grupos de femtonodos:

15 1. Mecanismos de optimización de la cobertura no coordinados para femtonodos autónomos.

Cuando se enciende una femtocélula, explora el entorno de radio vecino y selecciona los parámetros de radio óptimos para lograr la calidad de servicio más adecuada. La potencia transmitida inicial podría ser un valor preconfigurado o podría seleccionarse de tal manera que su cobertura se ajuste al área objetivo, minimizando la

20 interferencia con las macrocélulas vecinas.

En [5] y [6] los autores sugieren esquemas de autoconfiguración y autooptimización. Aunque los esquemas de autoconfiguración proporcionan un ajuste de potencia inicial de la femtocélula (un valor típico es de 10 dBm), los esquemas de autooptimización intentan optimizar la potencia de transmisión de la femtocélula durante el

25 funcionamiento normal. Los autores distinguen tres esquemas de autoconfiguración; i) potencia fija, ii) basada en la distancia y iii) basada en la medición.

En [7], los autores contemplan otra forma de adaptación de potencia de las femtocélulas teniendo en cuenta la actividad/inactividad de los usuarios. Si no hay usuarios de femtocélulas activos actualmente (no se transmite voz ni 30 datos), la potencia de transmisión de las femtocélulas disminuye en 10 dB.

En [4] se propone un mecanismo de control de la potencia con un enfoque novedoso para la adaptación dinámica de la potencia de transmisión de puntos de acceso de femtocélula. La idea básica es adaptar la potencia de transmisión de las femtocélulas según la carga de tráfico actual y la calidad de la señal entre las estaciones móviles y la

35 femtocélula con el fin de utilizar completamente la trama de datos. La ventaja de este enfoque es su potencial para disminuir la interferencia para los usuarios de macrocélulas o femtocélulas adyacentes con carga de tráfico ligera. Esta propuesta concluye que la potencia de transmisión de la femtocélula puede reducirse significativamente mientras que todavía se garantiza el mismo nivel de QoS a los usuarios de la femtocélula.

40 Aunque estos mecanismos se han diseñado para un escenario de femtocélula autónoma, desplegado en entornos residenciales, en la actualidad están usándose en escenarios de empresa.

2. Optimización de la cobertura de radio coordinada para femtocélulas en red.

45 En un escenario de empresa, en el que debe cubrirse un área objetivo por un grupo de femtonodos en lugar de por un femtonodo autónomo, es necesario que las células individuales colaboren para proporcionar conjuntamente optimización de la cobertura. Por tanto, los requisitos para la optimización de la cobertura para el despliegue de grupos de femtocélulas difieren significativamente de los despliegues de femtocélula autónoma, y las soluciones existentes mencionadas anteriormente no son aplicables.

50 A diferencia de los femtonodos autónomos anteriores, los algoritmos de cobertura coordinados actualizan la potencia de transmisión asistida, no sólo mediante informes de medición convencionales de los equipos de usuario activos, en las propias áreas de cobertura de la femtocélula, sino también mediante cierta información recibida de las femtocélulas vecinas. El principal objetivo de este tipo de algoritmos es equilibrar la carga de femtocélula en un

55 grupo de femtocélulas, cubrir conjuntamente la misma área así como minimizar las zonas sin cobertura y la potencia de transmisión.

Los enfoques centralizados se usan actualmente en despliegues macrocelulares 3G reales. En [8] se describe un algoritmo de optimización de la cobertura conjunta, centralizado que calcula de manera central los niveles de 60 potencia de transmisión piloto óptimos para cada sitio de célula en la red de macrocélulas, dando como resultado la maximización del área de cobertura mientras se minimiza la interferencia para un nivel deseado de solapamiento de cobertura. Estos algoritmos no pueden aplicarse a las femtocélulas debido al despliegue a gran escala esperado para tales redes y por la naturaleza de conectar y usar (plugandplay) de femtocélula. Por otra parte, necesita el uso de algoritmos de configuración descentralizada/distribuida que son funcionales localmente en los nodos y utilizan la

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información local disponible.

La referencia [9] describe un algoritmo de optimización de la cobertura conjunta, distribuida/descentralizada, que se ejecuta individualmente en cada femtocélula, y funciona para lograr el equilibrado de carga de usuario y la 5 minimización de solapamiento y zonas sin cobertura.

Estos algoritmos no usan ninguna coordinación o información global de la pasarela de femtocélula ni ningún otro elemento de red.

10 En la referencia [1] [10] se describe un sistema de comunicaciones móviles en el que las estaciones base se comunican entre sí usando un protocolo maestro/esclavo para intercambiar información de equilibrado de carga que puede usarse para controlar el traspaso de dispositivos móviles entre estaciones base vecinas y/o células vecinas. La estación base maestra solicita a la estación base esclava que le proporcione un informe de estado de carga o bien en un tiempo definido o con periodicidad o bien en respuesta a ciertos eventos.

15 En la referencia [1] [11] unas estaciones base inalámbricas tienen una unidad de almacenamiento que almacena un indicador que indica si una estación local es una estación base maestra. Una unidad de determinación determina un conjunto de parámetros inalámbricos para un canal de transmisión de datos. Una unidad de adquisición adquiere el conjunto de parámetros inalámbricos notificado desde la estación base maestra, cuando la estación local no es una

20 estación base maestra. Una unidad de ajuste ajusta un parámetro inalámbrico determinado para un canal, cuando la estación base local es la estación base maestra, y establece el parámetro inalámbrico adquirido para el canal cuando la estación base no es la estación base maestra.

Procedimientos de ahorro de energía:

25 La reducción en el consumo de energía de las redes móviles se considera de gran importancia desde el punto de vista económico (reducción de costes) y medioambiental (disminución de las emisiones de CO2). Varias publicaciones hacen hincapié en la cantidad de energía que puede ahorrarse reduciendo el número de células activas durante los periodos en que no son necesarias porque el tráfico es bajo, para la red de macrocélulas en

30 general [1] [12] y para los femtonodos en particular [13].

Con la desactivación de las emisiones de radio celular cuando no son necesarias, junto con el ahorro de energía, se logra una reducción de la interferencia en las células vecinas.

35 Desde el punto de vista del ahorro de energía, deben considerarse dos casos diferentes.

El primero son femtocélulas que sólo pueden desactivarse cuando no hay usuarios en su área de cobertura a los que dar servicio. Este es el caso de las femtocélulas desplegadas por razones de cobertura, por ejemplo, o de aquellas femtocélulas residenciales que pueden asociarse a bajas tarifas en llamadas.

40 El segundo son aquellas femtocélulas que pueden desactivarse cuando el tráfico es bajo. Este es el caso de las femtocélulas desplegadas por motivos de capacidad. Las células que permanecen activas cuidan de la cobertura de radio y la provisión de servicio, para garantizar que el servicio esté disponible en toda el área.

45 Se han propuesto algunas implementaciones para desactivar la sección de radio de un femtonodo cuando el usuario no está en las proximidades de su femtonodo [14] [15]; estas soluciones detectan cuándo el equipo de usuario está alojado en la macrocélula más próxima al femtonodo, con el fin de decidir cuándo activar o desactivar el femtonodo. Cuando el equipo de usuario no está alojado en una macrocélula predefinida se supone que está lejos del domicilio y el femtonodo se desactiva, y cuando el equipo de usuario entra en su macrocélula predefinida, se supone que está

50 en las proximidades de su femtonodo correspondiente, que se activa.

Otra implementación existente [16] desactiva la sección de transceptor del femtonodo cuando no está soportando ninguna conexión activa con un equipo de usuario. Con el fin de activar el femtonodo cuando debe soportar una conexión activa, esta implementación se basa en la ayuda de la macrocélula de servicio más próxima; esta

55 macrocélula de servicio detecta cuándo un equipo de usuario que está incluido en el grupo de abonados cerrado de la femtocélula intenta establecer una conexión activa con la macrocélula, y en ese caso envía una indicación al femtonodo para que se active, a través de la entidad de gestión de movilidad y la denominada interfaz S1, y luego traspasa la conexión activa a la femtocélula.

60 Otra implementación [17] se basa en un servidor de activación, que activa o desactiva a distancia la sección de transceptor del femtonodo. Los criterios para que el servidor de activación active o desactive la sección de transceptor del femtonodo es la ubicación del terminal de usuario, que conoce el servidor de activación a través de datos GPS notificados por el terminal de usuario, o deducidos a partir de la macrocélula en la que está alojado el equipo de usuario.

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Otra implementación [18] para activar o desactivar un femtonodo se basa en la detección de patrones de señal específicos transmitidos por el equipo de usuario, lo que requiere que un femtonodo cuyo transceptor está desactivado active periódicamente la sección de receptor con el fin de poder detectar el patrón de señal del equipo

5 de usuario.

Otro mecanismo propuesto [19] es la activación de femtocélulas basada en el aumento de ruido a partir del UE activo. Permite activar la femtocélula sólo para dar servicio a una llamada. Cuando el nivel de potencia recibido en el femtonodo supera un nivel umbral, se activa para dar servicio al UE.

10 Cuando debe desplegarse una nueva célula para cubrir picos de tráfico periódicos debido a los patrones de tráfico diarios o a picos esporádicos debidos a eventos especiales tales como reuniones o conferencias, el enfoque habitual para ahorrar energía desactivando la célula durante los periodos de tráfico bajo y activándola de nuevo cuando se necesita requiere una intervención manual. En el caso de picos esporádicos, esto sólo es posible cuando estos

15 eventos se conocen previamente.

Finalmente, otros mecanismos para ahorrar energía y minimizar el nivel de interferencia en un despliegue de radio son los propuestos en [22] y [23]. [22] Proporciona mecanismos de soporte para al menos uno de añadir y retirar una célula de funcionamiento en una red de radio heterogénea que tiene al menos dos tipos diferentes de células, un 20 primer tipo de célula básica para proporcionar cobertura de radio básica y un segundo tipo de célula asociada a una célula básica como una célula de potenciación de capacidad. Por otra parte, [23], desvela un método para controlar puntos de acceso (AP), que comprende recibir información de carga de AP en funcionamiento en un área de cobertura, determinando dicha información de carga una capacidad global actual del área de cobertura de acuerdo con la información de carga; y controlar los AP en el área de cobertura de acuerdo con un resultado de

25 determinación. Para realizar todas estas etapas incluye un servidor de gestión de red.

Problemas con las soluciones existentes:

1. Optimización de la cobertura

30 Los mecanismos no coordinados se han diseñado para femtocélulas autónomas, y aunque en la actualidad se están usando en femtocélulas en red, no se han tenido en cuenta aspectos tales como la movilidad y la optimización de la cobertura coordinada con otras femtocélulas.

35 Una limitación de los algoritmos/mecanismos de optimización de la cobertura para femtonodos en red es que no consideran que los femtonodos sin usar puedan apagar el bloque de transmisión de radio, de esta forma se simplifica la coordinación de radio de red de femtonodos, y se reducen claramente el consumo de energía y la interferencia con respecto al enfoque distribuido propuesto en [9] y [1] [10]. El mecanismo de apagado propuesto en esta invención está adaptado especialmente para un escenario con marcados picos de tráfico, en los que mantener

40 operativos todos los femtonodos sólo está justificado cuando se usa toda la zona de cobertura (por ejemplo, eventos en un auditorio, cobertura de infraestructura en ferias de negocios cuando hay un evento, etc.).

Con respecto a la optimización de la cobertura de radio conjunta distribuida/descentralizada, la limitación del algoritmo coordinado propuesto en [9] es la capacidad de ajuste a escala en caso de grandes despliegues en red de 45 femtocélulas en los que una femtocélula tiene que coordinarse con muchas otras, las interacciones necesarias con las femtocélulas vecinas podrían conducir a un tráfico de señalización inaceptable, también podrían aparecer problemas de estabilidad debidos a que un cambio en las condiciones de radio puede afectar al despliegue global con un aumento significativo del tráfico de señalización. Otra limitación es la falta de punto de referencia en el que un subsistema de funcionamiento y mantenimiento podría comprobar el estado de redes de femtocélulas, esencial

50 para controlar grandes despliegues. El enfoque propuesto en [9] está totalmente distribuido y cada femtocélula sólo tiene información de femtocélulas vecinas sin puntos de referencia.

En [1] [10] se propone una estructura jerárquica de estaciones base maestra/esclavas aplicadas para un equilibrado de carga optimizado sin considerar mecanismos de ahorro de energía tales como la activación/desactivación de una 55 estación base, cuando su capacidad no sea necesaria, o control de potencia transmitida por estaciones base para el ajuste de la cobertura.

En [1] [11] se define una estructura jerárquica para establecer una filtración o selección de mensajes recibidos de la unidad de control para configurar parámetros de transmisión de radio, sin recurrir a la coordinación de la estación 60 base para optimizar el rendimiento del grupo o la eficacia energética.

2. Procedimientos de ahorro de energía

Para los procedimientos de ahorro de energía, una limitación común a todos los métodos mencionados en la sección

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anterior es que no hay coordinación con otros nodos con el fin de garantizar la continuidad del servicio entre el femtonodo y sus células vecinas durante los procedimientos de activación o desactivación.

Con respecto a los procedimientos propuestos en [14] [15] [16] [17] están diseñados para femtonodos asociados a

5 un grupo de UE, con limitaciones de acceso. No pueden usarse para femtonodos con acceso abierto bajo la cobertura de una macrocélula. Además, estas implementaciones no tienen mucho valor cuando el equipo de usuario está alojado normalmente en la macrocélula predefinida, algo muy usual en macrocélulas suburbanas y rurales que proporcionan una amplia cobertura, o que puede producirse en áreas urbanas densas dependiendo de los hábitos del cliente o del escenario de utilización.

10 Además, el procedimiento propuesto en [17] presenta el problema de que en muchas ocasiones el UE no incluirá un receptor de GPS, y también es necesario configurar el servidor para la activación del control del femtonodo e implementar los métodos asociados para transportar los datos GPS.

15 La implementación propuesta en [18] requiere que el UE envíe periódicamente un patrón de señal específico que aumenta su consumo de energía y el agotamiento de la batería así como los recursos de radio usados para fines de señalización.

Descripción de la invención

20 Es necesario ofrecer una alternativa al estado de la técnica que supere los problemas mencionados anteriormente de los que adolecen las propuestas conocidas indicadas.

Para este fin, la presente invención se refiere, en un primer aspecto, a un método para ahorrar energía y minimizar

25 el nivel de interferencia en un despliegue de red de nodos de acceso de radio, que comprende la activación y/o desactivación de transceptores RF de uno o más nodos de acceso de radio de dicho despliegue de red de nodos de acceso de radio.

A diferencia de las propuestas conocidas, el método del primer aspecto de la invención comprende disponer dicho

30 despliegue de red de nodos de acceso de radio en una configuración maestro/esclavo, y realizar dicha activación y/o desactivación de manera automática y aplicada a nodos de acceso de radio esclavos de dicho despliegue de red de nodos de acceso de radio.

Para una realización preferida dichos nodos de acceso de radio son nodos de femtocélula. Aunque en muchas

35 secciones de este documento los nodos de acceso de radio se denominan femtocélulas, la invención también puede aplicarse directamente a estaciones base convencionales, como se recoge en la realización “Estación base convencional”.

Por los motivos establecidos en la sección anterior, en esta invención se propone un enfoque jerárquico y 40 parcialmente centralizado.

La invención propone una estructura jerárquica para despliegues de femtonodos de empresa basados en su ubicación con un doble objetivo, ahorro de energía y minimización de las interferencias. Este mecanismo permite desactivar el subsistema RF de algunos femtonodos en ciertas condiciones.

45 Algunas realizaciones del método del primer aspecto de la invención se describen con referencia a las reivindicaciones 2 a 14 adjuntas, y en una sección posterior referida a la descripción detallada de varias realizaciones.

50 Un segundo aspecto de la invención se refiere a un sistema de despliegue de red de nodos de acceso de radio para ahorrar energía y minimizar el nivel de interferencia, que comprende una pluralidad de nodos de acceso de radio con transceptores RF respectivos que pueden activarse y desactivarse.

A diferencia de las propuestas conocidas, en el sistema del segundo aspecto de la invención dichos nodos de

55 acceso de radio están dispuestos según una configuración maestro/esclavo, y comprenden medios de control para realizar dicha activación y/o desactivación de manera automática y aplicada a nodos de acceso de radio esclavos de dicho despliegue de red de nodos de acceso de radio.

Para una realización preferida, los medios de control del sistema están previstos para implementar el método del 60 primer aspecto.

Algunas realizaciones del sistema del segundo aspecto de la invención se describen con referencia a las reivindicaciones 16 y 17 adjuntas, y en una sección posterior referida a la descripción detallada de varias realizaciones.

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Breve descripción de los dibujos

Las anteriores y otras ventajas y características se entenderán más completamente a partir de la siguiente

5 descripción detallada de las realizaciones, con referencia a los dibujos adjuntos (algunos de los cuales ya se han descrito en la sección del Estado de la técnica anterior), que deben considerarse de manera ilustrativa y no limitativa, en los que:

La figura 1 muestra una arquitectura general para el despliegue de femtocélulas.

10 La figura 2 muestra la coordinación entre femtonodos jerárquicos proporcionados por la presente invención, para una realización. La figura 3 muestra estados de cobertura compartida y cobertura de solo maestro para un grupo jerárquico de femtocélulas, según una realización de la invención. La figura 4 muestra la configuración inicial para el grupo jerárquico de femtonodos según una realización del

15 método del primer aspecto de la invención. La figura 5 muestra el proceso de coordinación en un grupo jerárquico de femtocélulas según una realización del método del primer aspecto de la invención. La figura 6 muestra el diagrama de flujo para el proceso de femtonodo maestro, según una realización del método del primer aspecto de la invención.

20 La figura 7 muestra el diagrama de flujo para el proceso de femtonodo esclavo, según una realización del método del primer aspecto de la invención. La figura 8 muestra una realización de la invención con respecto a un escenario de aplicación de auditorio. La figura 9 muestra, para la realización de la figura 8, el estado de cobertura de solo maestro y el estado de cobertura compartida.

25 La figura 10 muestra, para la realización de la figura 8, el procedimiento de activación de femtonodos esclavos en el escenario de auditorio. La figura 11 muestra, para la realización de la figura 8, el procedimiento de desactivación para femtonodos esclavos en el escenario de auditorio. La figura 12 muestra otra realización de la invención con respecto a un escenario de aplicación de edificio de

30 oficinas. La figura 13 muestra, para la realización de la figura 12, los estados de cobertura de solo maestro y de cobertura compartida. La figura 14 muestra, para la realización de la figura 12, el procedimiento de activación de femtonodos esclavos en el escenario de edificio de oficinas.

35 La figura 15 muestra, para la realización de la figura 12, el procedimiento de desactivación en el escenario de edificio de oficinas. La figura 16 muestra el estado de cobertura de solo maestro y el estado de cobertura compartida para un escenario de estación base convencional, según otra realización del método del primer aspecto de la invención. La figura 17 muestra el procedimiento de activación de femtonodos esclavos en el escenario de macroestación

40 base, según otra realización del método del primer aspecto de la invención. La figura 18 muestra el procedimiento de desactivación en el escenario de estación base convencional para estaciones base esclavas, según otra realización del método del primer aspecto de la invención. La figura 19 muestra, en forma de gráfico, una estimación del ahorro de energía para el despliegue de femtocélulas basado en la invención.

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Descripción detallada de varias realizaciones

En un despliegue de red de femtocélulas típico, no existe relación jerárquica entre ellas. Los femtonodos se ubican con el objetivo de cubrir toda el área (un edificio, por ejemplo) sin zonas sin cobertura, y radiando todos ellos

50 continuamente aunque no haya usuarios en modo activo o inactivo. Además, pueden desplegarse femtonodos adicionales con el fin de hacer frente a picos de tráfico debido a una distribución desigual de los usuarios en el tiempo. Éste puede ser el caso, por ejemplo, de un auditorio o sala de reuniones. En este escenario, aunque un femtonodo pudiera cubrir toda el área, debido a cuestiones de capacidad serían necesarios femtonodos adicionales para dar servicio a todos los usuarios durante algunos periodos de tiempo.

55 Con el fin de evitar la pérdida innecesaria de energía y minimizar la generación de interferencias, la invención propone construir grupos de femtonodos con una cierta relación jerárquica entre ellos que tienen la posibilidad de desactivar el transceptor RF de aquellos nodos que no son esenciales para un servicio correcto cuando las condiciones de carga lo permiten.

60 El concepto básico de la invención consiste en proporcionar a los femtonodos de un despliegue de empresa (o escenarios similares en los que hay una infraestructura de comunicaciones que puede soportar una comunicación entre ellos, como una LAN Ethernet), un mecanismo para desactivar el subsistema RF de algunos femtonodos durante ciertos periodos de tiempo. El mecanismo se basa en una comunicación maestro/esclavo a través de la

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infraestructura de comunicaciones (por ejemplo, una LAN) usada como red de retroceso de los femtonodos, para el intercambio de mensajes sencillos relacionados con la carga de tráfico del despliegue. El intercambio de mensajes podría soportarse por medio de una interfaz de comunicaciones específica para aquellos femtonodos que cumplen con releases de 3GPP previas a la release 10, o podrían soportarse por la denominada interfaz X2 para la release

5 10 de 3GPP y versiones posteriores.

El principal objetivo de la invención es disminuir el consumo de energía y minimizar el nivel de interferencia en el despliegue cuando los femtonodos implementan este mecanismo. Brevemente, la invención proporciona un mecanismo para la desactivación del subsistema RF de los femtonodos esclavos según un cierto algoritmo de modo

10 que se atienda correctamente al servicio mientras que se logra un ahorro de energía importante y se disminuye el nivel de interferencia. La intención es siempre resolver el desafío técnico sin ningún control humano externo en escenarios de empresa, en los que podrían desplegarse varios femtonodos para colaborar entre sí con el fin de proporcionar la mejor cobertura demandada con la mejor calidad de servicio.

15 En figura 2 se muestra el concepto básico de la invención propuesto para minimizar interferencias y proporcionar ahorro de energía. El intercambio de información entre femtonodos (maestro/esclavo) para decidir en lo que se refiere a un cierto algoritmo la activación o desactivación del subsistema RF se transporta a través de la red de área local a la que están conectados los femtonodos. Debe observarse que el femtonodo maestro siempre tiene activado su subsistema RF a potencia nominal o máxima.

20 La principal idea tras la invención es definir un subgrupo de femtocélulas subordinadas a una que funciona como nodo maestro, y luego implementar un mecanismo para el control de la parte RF de los femtonodos, sin afectar al servicio asociado con todo el subgrupo. Esta técnica de control de la potencia también puede usarse para la implementación de estrategias de equilibrado de carga entre los elementos del subgrupo con el fin de mejorar la

25 calidad de los servicios ofrecidos cuando todos ellos están radiando. Es importante observar que el sistema de gestión será responsable de la configuración inicial del subgrupo de femtonodos, definiendo la funcionalidad de cada nodo como maestro o esclavo, y enviando las identidades de todo el subgrupo. Asimismo, la interfaz de comunicaciones entre femtocélulas maestraesclavas no necesita ninguna protección de seguridad especial puesto que no se transmiten datos delicados o privados.

30 La invención trata del establecimiento de un grupo de femtonodos, o grupo jerárquico, en un despliegue de red de femtocélulas, en el que uno de los femtonodos asume la función de maestro y siempre está activado y radiando, y los otros femtonodos tienen la función de esclavos (nodos subordinados) y sus transceptores RF pueden desactivarse cuando no están alojados usuarios o la capacidad y cobertura del maestro es suficiente para dar

35 servicio a todos los usuarios. La comunicación entre los femtonodos dentro del grupo jerárquico debe soportarse por una infraestructura de comunicación, que puede ser una LAN Ethernet o cualquier otra. La infraestructura de comunicación soportará un intercambio de mensajes entre los femtonodos dentro del grupo jerárquico, que podría soportarse por medio de una interfaz de comunicaciones específica para aquellos femtonodos que cumplen con las releases de 3GPP previas a la release 10, o podría soportarse por la denomina interfaz X2 para la release 10 de

40 3GPP y versiones posteriores.

Es importante mencionar aquí que en un femtonodo, el bloque de transmisión de radio tiene la capacidad de desactivarse independientemente del resto de las funcionalidades, con el fin de radiar sólo cuando se ha completado correctamente el proceso de autoconfiguración y luego la femtocélula ha obtenido permiso para hacerlo. Esto es

45 necesario, por ejemplo, para evitar radiar frecuencias sin licencia o no deseadas antes de completar el proceso de inicialización. Esta característica puede usarse para ahorrar energía cuando no es necesario que la femtocélula dé servicio a los usuarios, desactivando el subsistema RF y activándolo de nuevo cuando se considere necesario.

Este proceso de activación/desactivación RF es inmediato, a diferencia del proceso de inicialización llevado a cabo

50 en el encendido, cuando deben inicializarse todos los módulos en el femtonodo, debe establecerse el túnel IPSec con la pasarela de seguridad, y debe completarse el registro del femtonodo en la femtopasarela y el proceso de autoconfiguración. Este proceso puede llevar varios minutos (desde 5 hasta 15, dependiendo de la implementación y el entorno). De ahora en adelante, el proceso de activación/desactivación se refiere al bloque de transmisión RF, no al femtonodo completo, excepto cuando se comente explícitamente.

55 Además, cuando está radiando un femtonodo, su potencia de transmisión puede cambiarse dentro de un intervalo de potencia para ajustar la cobertura de la femtocélula al entorno. Esto puede usarse, por ejemplo, para equilibrado de carga y ajuste de cobertura.

60 La invención usa ambas características con el objeto de minimizar el consumo de energía y la interferencia.

En esta invención los términos femtonodo maestro y femtonodo esclavo se definen de la siguiente forma:

Femtonodo maestro. Es el coordinador del grupo de femtonodos y siempre estará radiando, cambiando su

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potencia de transmisión si es necesario cuando el resto de los femtonodos están desactivados.

Femtonodos esclavos. El resto de los femtonodos en el grupo. Estarán radiando o no dependiendo de la carga del grupo o del número de usuarios alojados según el algoritmo descrito más adelante en el presente documento. Puede ser necesario un aumento/disminución progresivo de la potencia de transmisión cuando se

5 activan/desactivan para garantizar la movilidad del usuario desde/a la femtocélula maestra.

Dependiendo de la carga de tráfico o del número total de usuarios, se definen dos estados jerárquicos de grupos de femtocélulas (tal como se muestra en la figura 3):

10 Estado de cobertura compartida (SCS), en el que todas las femtocélulas en el grupo (maestra y esclavas) están activadas y radiando, cubriendo toda el área. Estado de cobertura de solo maestro (OMCS), en el que todos los femtonodos esclavos están desactivados y sólo el femtonodo maestro permanece activado. La potencia de transmisión RF del femtonodo maestro y, por tanto, la cobertura, pueden cambiar con respecto al estado anterior dependiendo del escenario.

15 El mecanismo de coordinación del grupo jerárquico de femtocélulas es responsable de cambiar de un estado a otro.

Con el fin de implementar la invención es necesario que los femtonodos del grupo tengan cierta información con respecto a los parámetros que van a usarse en el algoritmo propuesto por la invención. La manera más sencilla de

20 proporcionar esta información es a través del sistema de control y gestión (HMS) del despliegue de red de femtonodos.

Es importante observar que una vez que el femtonodo está encendido, entre otras cosas el femtonodo tiene que establecer un canal de comunicación de seguridad con su sistema de gestión para obtener los parámetros de

25 configuración inicial, tales como portadora de frecuencia, ancho de banda, potencia RF nominal, PSC o intervalo de PSC, modo de acceso de usuario, modos de traspaso, etc.

La idea es que además de esta información general, el sistema de gestión y control proporcione al femtonodo en el proceso de configuración inicial tal como muestra la figura 4, los datos necesarios para la definición del grupo

30 jerárquico propuesto en la invención. La definición de grupo jerárquico incluye los datos siguientes:

Identificación de femtonodo maestro (por ejemplo, el número de serie). Lista de identificación de femtonodos esclavos (incluyendo, por ejemplo, los números de serie de los femtonodos esclavos).

35 ID de grupo jerárquico. La identificación de grupo jerárquico es una identificación numérica o alfanumérica para la agrupación formada por el femtonodo maestro y los femtonodos esclavos. Es importante observar que en el caso de la release 9 de LTE/UMTS, un grupo jerárquico puede incluir uno o más grupos de abonados cerrados (CSG). Parámetros de algoritmo que van a usarse por los femtonodos.

40 Los parámetros que van a usarse en el algoritmo pueden ser generales (G) para todos los femtonodos en el grupo, o específicos (S) que indican un valor particular para cada elemento dependiendo de su función (maestro o esclavo). El nombre y la descripción de estos parámetros se establece de la siguiente forma:

45 Parámetro de decisión (S) Dp: Éste es el parámetro usado por los femtonodos para decidir el estado del grupo de femtonodos, SCS u OMCS. El parámetro de decisión (Dp) se calcula en cada periodo de actualización (TUPDATE) por el femtonodo maestro con la información solicitada a los femtonodos esclavos. Dependiendo del tipo de parámetro de decisión (TDP) (por ejemplo, usuarios activos o alojados durante el último periodo de tiempo, etc.), cada femtonodo esclavo envía su medición, y entonces el femtonodo maestro procesa todas las

50 mediciones para calcular y transmitir el valor de Dp que usa el femtonodo para cambiar o no su estado actual (OMCS o SCS). Una posible realización del parámetro Dp es el número de usuarios activos que están alojados en el femtonodo, o el número de usuarios inactivos que están alojados en el femtonodo, o cualquier otro parámetro que dé una indicación de la carga de tráfico del grupo de femtonodos.

Tipo de parámetro de decisión (G) TDP: Este parámetro indica el tipo de magnitud que va a medirse 55 periódicamente por los femtonodos con el fin de calcular el parámetro de decisión (DP) aplicable en cada periodo de tiempo.

Umbral de activación (G) UMB. DESACTIVADOACTIVADO: Valor umbral usado para tomar una decisión con respecto a la activación del subsistema RF de femtonodos esclavos. Por ejemplo, si el TDP son los usuarios activos, este umbral podría referirse a un cierto número de usuarios activos en el grupo de femtonodos a partir de

60 los cuales los femtonodos esclavos deben encender su subsistema RF, puesto que sólo el femtonodo maestro no podría proporcionar servicio a todos los usuarios activos. Umbral de desactivación (G) UMB. ACTIVADODESACTIVADO: Valor umbral usado para tomar una decisión con respecto a la desactivación del subsistema RF de femtonodos esclavos. Por ejemplo, si el TDP son los usuarios activos, este umbral podría referirse a un cierto número de usuarios activos en el grupo de femtonodos

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a partir de los cuales los femtonodos esclavos deben apagar su subsistema RF, puesto que sólo el femtonodo maestro podría proporcionar servicio a todos los usuarios activos. Potencia de transmisión alta (S) PALTA:

5 Femtonodo maestro: potencia al comienzo del estado de cobertura de solo maestro (OMCS). Femtonodos esclavos: potencia al comienzo del estado de cobertura compartida (SCS).

Potencia de transmisión baja (S) PBAJA:

10 Femtonodo maestro: potencia al comienzo del estado de cobertura compartida (SCS). Femtonodos esclavos: potencia inicial tras encender el subsistema RF en la transición al estado de cobertura compartida (SCS).

Tiempo de activación (G) TDESACTIVADOACTIVADO: Tiempo de transición desde el estado de cobertura de solo

15 maestro (OMCS) al estado de cobertura compartida (SCS). Este tiempo corresponde al tiempo transcurrido en el femtonodo maestro desde la potencia actual (normalmente PALTA) a PBAJA y en los femtonodos esclavos desde PBAJA a PALTA.

Tiempo de desactivación (G) TACTIVADODESACTIVADO: Tiempo de transición desde el estado de cobertura compartida (SCS) al estado de cobertura de solo maestro (OMCS). Este tiempo corresponde al tiempo transcurrido en el 20 femtonodo maestro desde la potencia actual (normalmente PBAJA) a PALTA y en los femtonodos esclavos desde la

potencia actual (normalmente PALTA) a PBAJA justo antes de apagar su subsistema RF. Tiempo de actualización (G) TACTUALIZACIÓN: Periodo de tiempo para actualizar el valor del parámetro de decisión (DP). Usado por el femtonodo maestro para el intercambio de mensajes a través de la LAN.

25 Es importante señalar que sólo los parámetros relacionados con transmisión de potencia RF son parámetros específicos puesto que dependen de la función del femtonodo (maestro o esclavo), los valores serán diferentes y pueden personalizarse para cada femtonodo si es necesario. El resto de parámetros son generales para todos los femtonodos porque la transición desde un estado a otro debe realizarse de manera sincronizada con el mismo tiempo de transición.

30 Para un caso particular de un grupo de tres femtonodos (1 maestro y 2 esclavos) con 8 usuarios como máxima capacidad por nodo, y usando como tipo de parámetro de decisión (TPD) el número de usuarios activos, los umbrales activadodesactivado y desactivadoactivado pueden ser 4 y 6 usuarios activos respectivamente, de modo que si el parámetro de decisión Dp en un periodo de tiempo dado es inferior a 4, los femtonodos pasarán a estado

35 OMCS (sólo activado el femtonodo maestro). Por otro lado, si el parámetro de decisión Dp es mayor o igual a 6, los femtonodos pasarán a estado SCS (todos los femtonodos activados).

El mecanismo de coordinación se basa en el intercambio de mensajes entre los femtonodos maestro y esclavo.

40 El femtonodo maestro es el coordinador para el intercambio de información. Recopila las mediciones individuales de los femtonodos esclavos, calcula el valor del parámetro de decisión (DP), incluyendo su propia medición, y lo envía de vuelta a los femtonodos esclavos.

El protocolo de coordinación se muestra esquemáticamente en la figura 5. Cada TACTUALIZACIÓN el femtonodo maestro

45 solicita a los femtonodos esclavos la actualización de sus mediciones. Los femtonodos esclavos envían esta información y a continuación el femtonodo maestro calcula el nuevo valor del parámetro de decisión (Dp) y lo transmite a los femtonodos esclavos. Los femtonodos usarán el parámetro de decisión (DP) para tomar una decisión acerca de su subsistema RF.

50 Se supone que en un despliegue de femtocélulas conectadas en red en el que se usan técnicas de equilibrado de movilidad y carga entre femtonodos, existe un mecanismo establecido previamente para intercambio de mensajes entre femtonodos a través de la infraestructura de comunicación local (por ejemplo, aunque sin excluir ninguna otra implementación, una LAN Ethernet), de modo que los mensajes implicados en este intercambio de información pueden enviarse a través de IP usando la infraestructura común a la que están conectados todos.

55 En la figura 6 se muestra el diagrama de flujo para el proceso realizado en el femtonodo maestro. En el proceso de arranque, el femtonodo maestro inicializa los parámetros indicados anteriormente y se ajusta al estado de cobertura compartida. A continuación el proceso va al lazo principal comprobando si el valor de parámetro de decisión (DP) ha cambiado o no. Cuando se observa un cambio se compara el nuevo valor DP con los umbrales ajustados

60 previamente definidos en los parámetros.

Si DP < UMB. ACTIVADODESACTIVADO (condición de desactivación de femtonodo esclavo) y el estado no es OMCS, el femtonodo maestro cambia su potencia de transmisión de manera gradual desde su valor actual a PALTA y su estado pasa a OMCS.

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Si DP ≥ UMB. DESACTIVADOACTIVADO (condición de activación de femtonodo esclavo) y el estado no es SCS, el femtonodo maestro cambia su potencia de transmisión de manera gradual desde su valor actual (normalmente PALTA) a PBAJA y su estado pasa a SCS.

5 La transición desde el valor de potencia actual a PALTA o PBAJA, dependiendo del caso, se realiza de manera gradual con el fin de dejar que los usuarios móviles activos cambien la femtocélula que da servicio si es necesario.

El tiempo de transición es el valor del tiempo de desactivación (TACTIVADODESACTIVADO) para la transición al estado de

10 cobertura de sólo maestro, o el tiempo de activación (TDESACTIVADOACTIVADO) para la transición al estado de cobertura compartida.

En la figura 7 se muestra el diagrama de flujo para el proceso realizado en los femtonodos esclavos. En el proceso de arranque, los femtonodos esclavos inicializan los parámetros indicados anteriormente y se ajustan al estado de

15 cobertura compartida. A continuación, el proceso en cada femtonodo va al lazo principal comprobando si el valor de parámetro de decisión (DP) ha cambiado o no. Cuando se observa un cambio, el nuevo valor DP se compara con los umbrales ajustados previamente definidos en los parámetros.

Si DP < UMB. ACTIVADODESACTIVADO (condición de desactivación de nodo esclavo) y el estado no es OMCS, el

20 femtonodo esclavo cambia su potencia de transmisión de manera gradual desde su valor actual (normalmente PALTA) a PBAJA, justo antes de desactivar su subsistema RF y su estado cambia a OMCS. Durante el tiempo de transición (TACTIVADODESACTIVADO), si es necesario, el femtonodo esclavo fuerza a sus usuarios activos a realizar un traspaso a la femtocélula maestra.

25 Si DP ≥ UMB. DESACTIVADOACTIVADO (condición de activación de femtonodo esclavo) y el estado no es SCS, el femtonodo esclavo en primer lugar activa su parte RF con una baja potencia (PBAJA) y a continuación aumenta de manera gradual la potencia a PALTA con el fin de dejar que los usuarios móviles activos en el femtonodo maestro cambien la célula que da servicio si es necesario y su estado pasa a SCS.

30 Como en el caso del femtonodo maestro, el tiempo de transición es el valor del tiempo de desactivación (TACTIVADODESACTIVADO) para la transición al estado de cobertura de sólo maestro, o el tiempo de activación (TDESACTIVADOACTIVADO) para la transición al estado de cobertura compartida.

La invención puede usarse en varios escenarios, personalizando los parámetros de algoritmo de grupo jerárquico 35 con diferentes fines.

Se prevén tres tipos principales de escenarios de aplicación: Auditorio o escenario tipo I, edificio de oficinas o escenario tipo II y estación base convencional o escenario tipo III.

40 1. Auditorio o escenario tipo I

Este es el caso de entornos con tráfico muy variable y varios femtonodos sobredimensionados para soportar picos de tráfico (tal como se muestra en la figura 8).

45 En este escenario, un femtonodo en el centro del auditorio debe ser suficiente para cubrir toda el área cuando la carga de tráfico es muy baja. Esto corresponde al estado de cobertura de sólo maestro en la invención propuesta. En este estado, la potencia de transmisión del femtonodo maestro debe maximizarse para cubrir toda el área.

Sin embargo, cuando el tráfico aumenta es necesario que el resto de los femtonodos den servicio a todos los

50 usuarios, lo que corresponde al estado de cobertura compartida. Cuando los femtonodos esclavos están activados, la cobertura de femtonodo maestro se reduce. Ambos estados pueden verse en la figura 9.

Una transición suave entre los dos estados es necesaria para garantizar que las llamadas activas no resultan afectadas y se realiza el traspaso desde la célula que da servicio antigua a la nueva que cubre la ubicación móvil.

55 El cambio de estado para este escenario se basa en la carga de grupo.

El procedimiento de activación para este escenario se muestra en la figura 10.

60 Inicialmente, en un estado de baja carga, sólo está activado el femtonodo maestro, puesto que es suficiente para cubrir toda el área. La potencia de transmisión para el femtonodo maestro se ajusta al valor alto (PALTA_MAESTRO).

Cuando se supera el umbral de activación de carga (Dp ≥ UMB. DESACTIVADOACTIVADO), el procedimiento de

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activación se realiza en dos etapas:

Una primera etapa es la activación de los femtonodos esclavos con una potencia mínima (PBAJA_ESCLAVO), manteniendo la potencia de transmisión del femtonodo maestro al mismo nivel.

5 Una segunda etapa es el equilibrado de potencia. En un periodo de tiempo TACTIVADODESACTIVADO, la potencia de transmisión tanto del femtonodo maestro como de los femtonodos esclavos se cambia de manera gradual al valor final (PALTA para los femtonodos esclavos y PBAJA para el femtonodo maestro).

Durante esta transición, los usuarios que estaban originalmente en el área de cobertura de femtonodo maestro y al

10 final están en el área de cobertura de un femtonodo esclavo pueden moverse de una femtocélula maestra a una femtocélula esclava o bien mediante reselección si estaban en modo inactivo, o bien mediante traspaso, si estaban en el modo activo.

A partir de este momento, puede aplicarse cualquier otro procedimiento de equilibrado de carga para el grupo, y la 15 potencia de transmisión del femtonodo maestro y de los femtonodos esclavos puede cambiarse en consecuencia.

El procedimiento de apagado para este escenario se muestra en la figura 11.

Cuando todos los femtonodos están radiando y la carga de grupo disminuye y cae por debajo del umbral de 20 desactivación (Dp < UMB. ACTIVADODESACTIVADO), los femtonodos esclavos se desactivan de nuevo.

El procedimiento de desactivación también se realiza en dos etapas:

La primera etapa es el equilibrado de potencia. En un periodo de tiempo TDESACTIVADOACTIVADO, la potencia de 25 transmisión tanto del femtonodo maestro como de los femtonodos esclavos se cambia de manera gradual al valor final (PBAJA para los femtonodos esclavos y PALTA para el femtonodo maestro). La segunda etapa es la desactivación de los femtonodos esclavos.

Durante esta transición, los usuarios que estaban originalmente en un área de cobertura de femtonodo esclavo y al

30 final están el área de cobertura de femtonodo maestro pueden moverse desde la femtocélula esclava a la femtocélula maestra o bien mediante reselección si estaban en modo inactivo, o bien mediante traspaso, si estaban en modo activo. En cualquier caso, antes de la desactivación, los femtonodos esclavos deben forzar el traspaso a la femtocélula maestra de usuarios con llamadas activas.

35 2. Edificio de oficinas o escenario tipo II

Este es el caso de entornos en los que no hay tráfico durante largos periodos de tiempo como los edificios de oficinas. Durante la mayor parte de las horas nocturnas y fines de semana no hay personas en la oficina y los femtonodos pueden desactivarse para ahorrar energía (tal como se muestra en la figura 12).

40 El estado de cobertura de sólo maestro y el estado de cobertura compartida para este escenario se muestra en la figura 13.

En este caso, puede usarse un femtonodo maestro en el área de acceso para determinar si el resto de femtonodos 45 debe activarse y radiar o no.

La presencia de un usuario en el área de acceso, detectada por el registro en el femtonodo maestro, puede usarse para activar los femtonodos esclavos e ir al estado de cobertura compartida.

50 Del mismo modo, cuando no hay usuarios registrados en ninguno de los femtonodos (maestro o esclavo), los femtonodos esclavos puede desactivarse para ahorrar energía.

La cobertura del femtonodo maestro puede ser igual para ambos estados porque cuando no hay usuarios sólo debe cubrirse el área de acceso. 55 Una transición suave entre ambos estados no es necesaria puesto que no resulta afectada ninguna llamada activa.

El cambio de estado para este escenario se basa en el número total de usuarios registrados en el grupo de femtocélulas (usuarios en modo inactivo y usuarios en modo activo). El umbral para cambiar el estado en este caso 60 debe ser cero.

El procedimiento de activación para este escenario se muestra en la figura 15.

Inicialmente, sin usuarios alojados, sólo el femtonodo maestro está activado, puesto que es suficiente para cubrir el

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área de acceso. La potencia de transmisión para el femtonodo maestro se ajusta al valor alto (PALTA_MAESTRO).

Cuando un usuario entra en el edificio y se aloja en la femtocélula maestra, el umbral de activación se supera (Dp ≥ UMB. DESACTIVADOACTIVADO = 0), el procedimiento de activación se realiza sólo en una etapa.

5 Puesto que no debe garantizarse la continuidad del servicio porque no hay usuarios en el área de femtocélulas esclavas, no es necesaria ninguna etapa de equilibrado de potencia.

Con respecto al algoritmo, PALTA = PBAJA, para los femtonodos maestro y esclavo, y TDESACTIVADOACTIVADO es cero.

10 A partir de este momento, puede aplicarse cualquier otro procedimiento de equilibrado de carga para el grupo, y la potencia de transmisión de los femtonodos maestro y esclavo puede cambiarse en consecuencia.

El procedimiento de apagado para este escenario se muestra en la figura 15.

15 Cuando todos los femtonodos están radiando pero no hay usuarios alojados en ninguna de las femtocélulas, los femtonodos esclavos se desactivan de nuevo.

Puesto que no debe garantizarse la continuidad del servicio porque no hay usuarios en el área de femtocélulas 20 esclavas, no es necesaria ninguna etapa de equilibrado de potencia.

Con respecto al algoritmo PALTA = PBAJA, para los femtonodos maestro y esclavo, y TACTIVADODESACTIVADO es cero.

3. Estación base convencional o escenario tipo III

25 Las realizaciones anteriores se refieren a implementaciones de femtonodos, pero este concepto puede aplicarse a estaciones base convencionales, que incluyen macrocélulas, microcélulas y picocélulas de potencia alta/media. En este caso, se define un primer nivel de células de cobertura básica complementado con un segundo nivel de células para potenciar la capacidad, con un alto solapamiento entre niveles. En despliegues urbanos densos normalmente

30 existe un gran solapamiento entre células para obtener una alta capacidad de tráfico. Las primeras células de cobertura básica pueden aumentar su potencia transmitida, para aumentar su cobertura, cuando las células de capacidad no son necesarias y entonces están desactivadas, y viceversa, pueden disminuir su potencia transmitida cuando las células esclavas están activadas, para aumentar la capacidad de despliegue. El funcionamiento del escenario de estación base convencional presenta muchas similitudes con el escenario de auditorio.

35 En el caso de 3GPP LTE, la comunicación entre estaciones base LTE (eNodoB) se implementa a través de la interfaz X2 [1] [21] que soporta funcionalidades como traspaso entre ENodoB, gestión de interferencia y activación/desactivación de eNodosB para ahorrar energía, aunque para soportar esta invención el protocolo X2 debe extenderse, para permitir la transmisión del protocolo y los parámetros requeridos.

40 En el caso de 3GPP UMTS/HSPA, todas las estaciones base que componen un grupo jerárquico están controladas por el mismo controlador de red de radio (RNC), que dispone de toda la información necesaria desde los NodosB, no siendo necesarias las comunicaciones entre NodosB. El RNC reúne toda la información necesaria, toma las decisiones, modificando los valores de potencia de radio o activando/desactivando las secciones de radio del

45 eNodoB que componen el grupo jerárquico.

Una transición suave entre los dos estados (SCS y OMCS) es necesaria para garantizar que las llamadas activas no resultan afectadas y se realiza el traspaso desde la célula que da servicio antigua a la nueva cubriendo la ubicación móvil.

50 Como en el caso de la femtocélula, el cambio de estado para este escenario se basa en el parámetro de decisión (Dp) elegido que como ejemplo puede ser carga de grupo o número de terminales activos/inactivos, etc. El subsistema LTE O&M envía los valores de algoritmo iniciales.

55 Inicialmente, en un estado de baja carga, sólo está activada la estación base maestra, puesto que puede cubrir las necesidades de servicio de toda el área. La potencia de transmisión para el femtonodo maestro se ajusta al valor alto (PALTA_MAESTRO).

Cuando se supera el umbral de activación de carga (Dp ≥ UMB. DESACTIVADOACTIVADO), el procedimiento de 60 activación se realiza en dos etapas:

Una primera etapa es la activación de las estaciones base esclavas con una potencia mínima (PBAJA_ESCLAVO), manteniendo la potencia de transmisión del femtonodo maestro al mismo nivel. Una segunda etapa es el equilibrado de potencia. En un periodo de tiempo TACTIVADODESACTIVADO, la potencia de

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transmisión del femtonodo maestro y de los femtonodos esclavos se cambia de manera gradual al valor final (PALTA para los femtonodos esclavos y PBAJA para el maestro).

Durante esta transición, los usuarios que estaban originalmente en el área de cobertura de femtonodo maestro y al

5 final están en el área de cobertura de un femtonodo esclavo pueden moverse desde la célula maestra a la célula esclava o bien mediante reselección si estaban en modo inactivo, o bien mediante traspaso, si estaban en modo activo.

A partir de este momento, puede aplicarse cualquier otro procedimiento de equilibrado de carga para el grupo, y la

10 potencia de transmisión de los femtonodos maestro y esclavos puede cambiarse en consecuencia. El procedimiento de activación para este escenario se muestra en la figura 17.

Cuando todas las células están radiando y la carga de grupo disminuye, y cae por debajo del umbral de desactivación (Dp < UMB. ACTIVADODESACTIVADO), las células esclavas se desactivan de nuevo.

15 El procedimiento de desactivación se realiza en dos etapas:

La primera etapa es el equilibrado de potencia. En un periodo de tiempo TDESACTIVADOACTIVADO, las potencias de transmisión de femtonodos maestro y esclavos se cambian de manera gradual al valor final (PBAJA para los 20 femtonodos esclavos y PALTA para el maestro). La segunda etapa es la desactivación de las estaciones base esclavas.

Durante esta transición, los usuarios que estaban originalmente en un área de cobertura de femtonodo esclavo y finalmente están en el área de cobertura de femtonodo maestro, pueden moverse desde una célula esclava a la 25 célula maestra, o bien mediante reselección, si estaban en modo inactivo, o bien mediante traspaso, si estaban en modo activo. En cualquier caso, antes de la desactivación, la célula esclava debe forzar el traspaso a la célula maestra de usuarios con llamadas activas. El procedimiento de apagado para este escenario se muestra en la figura

11.

30 Ventajas de la invención

La principal ventaja de esta invención, tal como se ha descrito en esta solicitud de patente, es la desactivación de cualquier emisión de radio innecesaria de femtonodos o estaciones base convencionales en un grupo conectado en red cuando las condiciones de carga o el número de usuarios son lo suficientemente bajos para darles servicio sólo

35 con un femtonodo ubicado apropiadamente.

De este modo, puede reducirse el nivel promedio de interferencia en un edificio de oficinas, por ejemplo, puesto que en muchas ocasiones muchos femtonodos no estarán radiando, y a continuación los femtonodos activos y la capa de macronodos experimentarán una menor interferencia, dándoles la posibilidad de proporcionar una velocidad de

40 transferencia de datos mayor a los clientes.

Por otro lado, cuando el número de femtonodos que radia es mayor de lo requerido para la carga de usuarios actual

o no hay usuarios cerca, se obtiene un consumo de energía innecesario, que entonces puede reducirse si se implementa el procedimiento de desactivación de la invención.

45 Las ventajas más destacables derivadas de la implementación de esta invención pueden resumirse en los siguientes puntos:

1. Ahorro de energía, puesto que sólo la estación base o femtonodo maestros están activados todo el tiempo

50 (desde el punto de vista del ahorro de energía, es mejor un femtonodo a máxima potencia que varios a la potencia nominal).

2.

Cuando las estaciones base o femtonodos esclavos se apagan, la interferencia con otra macroestación base u otros femtonodos se minimiza.

3.

Adaptación (adecuación) a entornos con tráfico muy variable (horas con mucho tráfico, puntos calientes).

55 4. No se necesitan elementos externos (interfaces, terminales o equipos adicionales,) para activar/desactivar los femtonodos esclavos.

5. La movilidad entre femtonodos o estaciones base conectados en red se garantiza en los procedimientos de activación/desactivación.

60 En relación con la ventaja de ahorro de energía de la invención, sería muy sencillo estimar el porcentaje de ahorro de energía que puede conseguirse en un grupo de femtonodos si los femtonodos esclavos tienen la posibilidad de desactivar su subsistema RF. Por ejemplo, para una clase particular de femtonodos con los siguientes consumos de energía:

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Femtonodo con el subsistema RF desactivado: 16.5 w. Femtonodo con el subsistema RF activado al valor nominal: 24 w. Femtonodo con el subsistema RF activado al valor máximo: 28 w.

5 Los ahorros de energía conseguidos para diferentes números de femtonodos esclavos se muestran en la figura 19. Un estudio similar puede llevarse a cabo para estaciones base convencionales. Tal como se muestra en la figura 19, dependiendo del porcentaje de tiempo que las secciones RF de femtonodos esclavos están desactivadas, el ahorro de energía es mayor o menor. En este ejemplo, el cálculo del consumo de energía cuando los femtonodos esclavos han desactivado la parte RF es la suma del consumo de los femtonodos esclavos con el subsistema RF desactivado

10 y el femtonodo maestro con el subsistema RF activado al valor máximo. Asimismo, el valor de referencia de consumo de energía cuando todos los femtonodos están activos se calcula como la suma del consumo de todos los nodos (maestro y esclavos) con el subsistema RF activado al valor nominal.

Por último es importante observar que el mecanismo de apagado propuesto en esta invención está especialmente

15 adaptado a escenarios con picos de tráfico muy pronunciados, en los que mantener operativos todos los femtonodos sólo se justifica cuando la zona de cobertura se usa completamente (por ejemplo, eventos en un auditorio, cobertura de infraestructura de ferias de negocios cuando hay un evento, etc.).

Un experto en la técnica puede introducir cambios y modificaciones en las realizaciones descritas sin apartarse del 20 alcance de la invención tal como se define en las reivindicaciones adjuntas.

Siglas

3G Third Generation cellphone technology; Tecnología de telefonía celular de tercera generación.

25 3GPP Third Generation Partnership Program; Programa de colaboración de tercera generación. 4G Fourth Generation cellphone technology; Tecnología de telefonía celular de cuarta generación. ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line; Línea de abonado digital asimétrica. AGW Access Gateway; Pasarela de acceso. CN Core Network; Red núcleo.

30 CPE Customer Premises Equipment; Equipos de las instalaciones del cliente. CSG Closed Subscriber Group; Grupo de abonados cerrado. DSL Digital Subscriber Line; Línea de abonado digital. eNB LTE Base Station; Estación base LTE. FDD Frequency Division Duplex; Duplexación por división de frecuencia.

35 GPS Global Position System; Sistema de posicionamiento global. HMS H(e)NB Management System; Sistema de gestión de H(e)NB. HNB Home Node B; Nodo B doméstico HeNB Home evolved Node B; Nodo B doméstico evolucionado HGW Home Gateway; Pasarela doméstica.

40 HSDPA High Speed Downlink Packet Access; Acceso por paquetes de enlace descendente a alta velocidad. ICWMC International Conference on Wireless and Mobile Comunications; Congreso internacional sobre

comunicaciones inalámbricas y móviles. IP Internet Protocol; Protocolo de Internet. LAN Local Área Network; Red de área local.

45 LTE Long Term Evolution; Evolución a largo plazo. OAM Operations, Administration and Maintenance; Operaciones, administración y mantenimiento. RAN Radio Access Network; Red de acceso de radio. RF Radio Frequency; Radiofrecuencia. SON Self Organizing Networks; Redes autoorganizadas.

50 UE User Equipment; Equipo de usuario. UMTS Universal Mobile Telecomunication System; Sistema universal de telecomunicaciones móviles. URSI Union Radio Science Internacional; Unión internacional de ciencias de radio; WCNC Wireless Communications and Networking Conference; Congreso sobre comunicaciones inalámbricas

y redes. 55 X2 Communications interface between eNB’s and HeNB’s; Interfaz de comunicaciones entre eNB y HeNB.

Bibliografía

60 [1] 3GPP TR 23.830: 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Services and System Aspects; Architecture aspects of Home NodeB and Home eNodeB (Release 9); septiembre de 2009.

[2] 3GPP TS 25.468: 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Radio Access Network; UTRAN Iuh Interface RANAP User Adaption (RUA) signalling (Release 9); septiembre de 2010.

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[3] 3GPP TS 25.469: 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Radio Access Network; UTRAN Iuh interface Home Node B (HNB) Application Part (HNBAP) signalling (Release 9); septiembre de 2010.

5 [4] Dynamic Power Control Mechanism for Femtocells Based on the Frame Utilization. Pavel Mach, Zdenek Becvar. Universidad Técnica Checa de Praga. ICWMC 2010.

[5] Selfoptimization of Coverage for Femtocell Deployments. H. Claussen, L. T.W. Ho, y L. G. Samuel, “Wireless

Telecommunication Symposium” (WTS 08), págs. 278285, abril de 2008. 10

[6] SelfOptimization of Femtocell Coverage to Minimize the Increase in Core Network Mobility Signalling, H. Claussen, S. Pivit, y L.T.W. Ho, Bell Labs Technical Journal, vol. 14, nº 2, págs. 155183, agosto de 2009.

[7] An Overview of the Femtocell Concepts, H. Claussen, H. Lester, y G. S. Louis, Bell Labs Technical Journal, 15 vol. 13, nº 1, págs. 221–246, marzo de 2008.

[8] Automated Wireless Coverage Optimization With Controlled Overlap, D. Fagen, P.A. Vicharelli, J. Weitzen, IEEE Transactions on Vehicular Technology, vol. 57, nº 4, págs. 2395–2403, julio de 2008.

20 [9] Distributed Power Control Mechanisms for HSDPA Femtocells. Arulselvan, N.; Ramachandran, V.; Kalyanasundaram, S.; Guang Han; Motorola India Private Ltd., Bangalore.

[10] Solicitud de patente WO2009099224A1 “Signaling of Resource Status Information between Base Stations for

Load Balancing”. 25

[11] Solicitud de patente WO2010125853A1 “Wireless Communication System, Wireless Base Station, Wireless Communication Method, and Program”.

[12] Optimal Energy Savings in Cellular Access Networks. M. A. Marsan, L. Chiaraviglio, D. Ciullo, M. Meo. Proc. 30 IEEE ICC 2009 Workshop, GreenComm, junio de 2009.

[13] Energy Savings in Mobile Networks: Case Study on Femtocells. M. Jada, J. Hämäläinen, R. Jäntti. Union of Radio Science International URSI, septiembre de 2010.

35 [14] Solicitud de patente US 2009/0285143 A1, 19 de noviembre de 2009, “Apparatus and method for saving power of femto base station in wireless communication system”.

[15] Solicitud de patente US 2010/0002614 A1, 7 de enero de 2010 “Low power modes for femto cells”.

40 [16] Solicitud de patente WO 2010/052112 “Reducing interference and energy consumption for femto base stations”.

[17] Solicitud de patente WO 2010/027569A1 “Presenceaware cellular communication system and method”.

45 [18] Solicitud de patente EP 2056628A1 “Communication network element and method of switching activity states”.

[19] Improving Energy Efficiency of Femtocell Base Stations Via User Activity Detection. Ashraf, I. Ho, L.T.W.

Claussen, H. Bell Labs., AlcatelLucent, Swindon, UK. Proc. WCNC 2010. 50

[20] 3GPP TR 32.821: 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Services and System Aspects; Telecommunication management; Study of SelfOrganizing Networks (SON) related Operations, Administration and Maintenance (OAM) for Home Node B (HNB) (Release 9); junio de 2009.

55 [21] 3GPP TR 36.423: 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Radio Access Network; Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network (EUTRAN); X2 application protocol (X2AP) (Release 10), v10.0.0, diciembre de 2010.

[22] Solicitud de patente US 2011/044284 A1 “EnergySaving Mechanisms in a Heterogeneous Radio 60 Communications Network”.

[23] Solicitud de patente WO 2010/130104 A1 “Method, Device and System for Controlling Access Point”.

Claims (14)

1. REIVINDICACIONES

   1. Método para ahorrar energía y minimizar el nivel de interferencia en un despliegue de red de nodos de acceso de radio, que comprende la activación y/o desactivación de transceptores RF de uno o más nodos de acceso de radio

   5 de dicho despliegue de red de nodos de acceso de radio, en el que dicho despliegue de red de nodos de acceso de radio está dispuesto en una configuración maestro/esclavo en el que cada nodo es apto para ser asignado, mediante una configuración inicial, cómo un nodo de acceso de radio maestro o cómo esclavo y porque el método comprende:

   intercambiar información de manera bidireccional entre un nodo de acceso de radio maestro asignado de dicho

   10 despliegue de red de nodos de acceso de radio y cada uno de los nodos de acceso de radio esclavos asignados, para al menos:

   o enviar cada nodo de acceso de radio esclavo asignado su información de carga de tráfico al nodo de acceso de radio maestro asignado; y

   15 o procesar, el nodo de acceso de radio maestro asignado la información de carga tráfico recibida para calcular un parámetro de decisión y posteriormente enviar dicho parámetro de decisión a los nodos de acceso de radio esclavos asignados; y

   realizar dicha activación y/o desactivación automáticamente, mediante los nodos de acceso de radio esclavos

   20 asignados, de forma autónoma donde cada nodo de acceso de radio esclavo está encargado de cambiar sus propias condiciones de transmisión, por medio de un algoritmo de decisión basándose en el parámetro de decisión recibido.
2. 2. Método, según la reivindicación 1, en el que dicha configuración inicial en una configuración maestro/esclavo

   25 comprende dotar a dichos nodos de acceso de radio con datos de configuración iniciales, comprendiendo dichos datos de configuración iniciales al menos uno de los siguientes elementos: identificación de maestro, lista de identificación de esclavos, ID de grupo jerárquico, parámetros de algoritmo que van a procesarse por dicho algoritmo de decisión, o una combinación de éstos.

   30 3. Método según la reivindicación 2, en el que dichos parámetros de algoritmo son al menos uno de: dicho parámetro de decisión, tipo de parámetro de decisión, umbral de activación, umbral de desactivación, potencia de transmisión alta, potencia de transmisión baja, tiempo de activación, tiempo de desactivación y tiempo de actualización.

   35 4. Método según la reivindicación 3, que comprende determinar dicha información de carga de tráfico por el tipo indicado por dicho tipo de parámetro de decisión.

3. 5. Método según la reivindicación 1, en el que dicho parámetro de decisión enviado a los nodos de acceso esclavos

   es igual para todos los nodos de acceso de radio esclavos. 40
4. 6. Método según la reivindicación 1 o 5, que comprende enviar, el nodo de acceso de radio maestro, una petición de actualización a los nodos de acceso de radio esclavos cada tiempo de actualización, para solicitar a estos últimos que envíen su información de tráfico, y recalcular el parámetro de decisión.

   45 7. Método según la reivindicación 3 o 6, en el que dicho tiempo de actualización comprende el periodo de tiempo para actualizar el valor de dicho parámetro de decisión.
5. 8. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, que comprende usar cada uno de dichos nodos de acceso de radio esclavos dicho algoritmo de decisión para comparar el parámetro de decisión recibido con dichos umbrales

   50 de activación y desactivación, y desactivar un nodo de acceso de radio esclavo si el parámetro de decisión recibido es menor que dicho umbral de desactivación y activar un nodo de acceso de radio esclavo si el parámetro de decisión recibido es mayor que dicho umbral de activación.
6. 9. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende realizar dicha activación de manera

   55 gradual según dicho parámetro de tiempo de activación y/o realizar dicha desactivación de manera gradual según dicho parámetro de tiempo de desactivación.
7. 10. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además controlar la potencia de

   transmisión de dicho nodo de acceso de radio maestro. 60
8. 11. Método según la reivindicación 10 cuando depende de la reivindicación 3, que comprende usar dichos nodos de acceso de radio maestros dicho algoritmo de decisión para comparar el parámetro de decisión con dichos umbrales de activación y desactivación, y aumentar la potencia de transmisión del nodo de acceso de radio maestro a la indicada por dicho parámetro de potencia de transmisión alta si el parámetro de decisión es menor que el umbral de

   17

   desactivación y/o disminuir la potencia de transmisión del nodo de acceso de radio maestro a la indicada por dicho parámetro de potencia de transmisión baja si el parámetro de decisión es mayor que el umbral de activación.
9. 12. Método según la reivindicación 11, que comprende realizar dicho aumento de la transmisión de manera gradual

   según el parámetro de tiempo de activación y/o realizar dicha disminución de la potencia de transmisión de manera 5 gradual según el parámetro de tiempo de desactivación.
10. 13. Método según cualquiera de las reivindicaciones 9 a 12, que comprende realizar dicho control de la potencia de transmisión de dicho nodo de acceso de radio maestro y dichos nodos de acceso de radio esclavos que se activan y/o se desactivan con el fin de cubrir siempre de manera sustancial la misma área de cobertura.

    10

11. 14.

    Método, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dichos nodos de acceso de radio son nodos de femtocélula.

12. 15.

    Un sistema de despliegue de red de nodos de acceso de radio para ahorrar energía y minimizar el nivel de

    15 interferencia, que comprende una pluralidad de nodos de acceso de radio con transceptores RF respectivos que pueden activarse y desactivarse, en el que dichos nodos de acceso de radio están dispuestos en una configuración maestro/esclavo en el que cada nodo de acceso de radio es apto para ser asignado, mediante una configuración inicial, cómo un nodo de acceso de radio maestro o cómo esclavo, comprendiendo el sistema de despliegue de red de nodos de acceso de radio:

    20 medios para intercambiar información de manera bidireccional entre un nodo de acceso de radio maestro seleccionado de dicho despliegue de red de nodos de acceso de radio y cada uno de los nodos de acceso de radio esclavos seleccionado, para al menos:

    25 o enviar cada nodo de acceso de radio esclavo asignado su información de carga de tráfico al nodo de acceso de radio maestro asignado; y

    o procesar, el nodo de acceso de radio maestro asignado, la información de carga tráfico recibida para calcular un parámetro de decisión y posteriormente enviar dicho parámetro de decisión a los nodos de acceso de radio esclavos asignados; y

    30 medios de control para realizar dicha activación y/o desactivación automáticamente, mediante los nodos de acceso de radio esclavos asignados de dicho despliegue de red de nodos de acceso de radio, de forma autónoma donde cada nodo de acceso de radio esclavo asignado está encargado de cambiar sus propias condiciones de transmisión, por medio de un algoritmo de decisión basándose en el parámetro de decisión

    35 recibido, incluyendo dichos medios de control:

    o primeros medios de procesamiento incluidos en dicho nodo de acceso de radio maestro asignado que implementan dicho algoritmo de decisión para calcular dicho parámetro de decisión; y

    o segundos medios de procesamiento incluidos en cada uno de dichos nodos de acceso de radio esclavos 40 asignados para realizar dicha activación y desactivación de su transceptor RF.
13. 16. Un sistema de despliegue de red de nodos de acceso de radio según la reivindicación 15, en el que dichos primeros medios de procesamiento también están previstos para realizar un control de la potencia de transmisión del nodo de acceso de radio maestro.

    45
14. 17. Un sistema de despliegue de red de nodos de acceso de radio según cualquiera de las reivindicaciones 15 a 16, que comprende además un sistema de gestión que dota a los nodos de acceso de radio con los datos de configuración iniciales.

    18