FR2851401A1

FR2851401A1 - Dispositif et methode de controle d'admission et de congestion de la configuration d'un reseau de communication sans fil

Info

Publication number: FR2851401A1
Application number: FR0302017A
Authority: FR
Inventors: Francois Bacceli; Bartlomiej Blaszczyszyn; Florent Tournois
Original assignee: Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique INRIA
Current assignee: Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique INRIA
Priority date: 2003-02-19
Filing date: 2003-02-19
Publication date: 2004-08-20
Anticipated expiration: 2023-02-19
Also published as: FR2851401B1; US20040162082A1; US7317922B2

Abstract

L'invention concerne un dispositif et un procédé d'aide à la gestion d'un réseau de téléphonie sans fil constitué de stations. Le procédé comporte pour un mobile donné relevant d'une station:a- le calcul d'une grandeur prenant en compte l'atténuation vis à vis de sa station et l'atténuation vis à vis des stations voisines (103),b- le produit de cette grandeur par une autre grandeur représentant les besoins du mobile vis à vis de sa station (103),c- la sommation de ces produits pour un ensemble donné de mobiles relevant de ladite station (105),d- la comparaison de la somme à un seuil (107).

Description

Dispositif et méthode de contrôle d'admission et de congestion de la configuration d'un réseau de communication sans fil L'invention concerne le domaine des réseaux de communications sans fil.

Ces réseaux de communications sans fil comprennent des stations de base en liaison avec des mobiles. Une station de base est adaptée, sur requête d'un mobile, pour établir une communication avec ce mobile. Cette communication permet un échange de paroles ou de données numériques entre utilisateurs. On parle de "voie descendante" lorsque la station de base établit une communication vers le mobile. L'un des points clés du bon fonctionnement du réseau de communication sans fil concerne la gestion des accès ( appelés aussi admissions) d'un mobile à une station de base, le mobile exigeant une certaine puissance du signal émis par la station de base pour pouvoir recevoir ce signal (de type voix d'un utilisateur). De plus, il est difficile de prévoir de manière fiable un réseau de communication sans fil qui réponde à certaines caractéristiques telles que : - une communication établie entre une station de base du réseau et chaque mobile demandeur, - une qualité de communication garantie pour chaque mobile.

Dans le cas d'une transmission de données (de type fichier par exemple) par des mobiles d'une station, la demande en débit (de l'anglais "bitrate") des mobiles à un instant donné est variable. Il n'est pas évident d'adapter le débit de bits de manière à éviter des états de congestion d'une station et plus généralement du réseau de communication sans fil.

L'invention vient améliorer la situation.

L'invention concerne un procédé d'aide à la gestion d'un réseau de téléphonie sans fil constitué de stations, comportant, pour un mobile donné relevant d'une station: a- le calcul d'une grandeur prenant en compte l'atténuation vis à vis de sa station et l'atténuation vis à vis des stations voisines, b- le produit de cette grandeur par une autre grandeur représentant les besoins du mobile vis à vis de sa station,

c- la sommation de ces produits pour un ensemble donné de mobiles relevant de ladite station, d- la comparaison de la somme à un seuil.

Plus particulièrement, l'étape a- comprend la sommation de deux termes : le premier terme est le facteur d'orthogonalité entre les canaux de la station. Le deuxième terme est le produit du facteur d'orthogonalité entre les canaux de la station et les canaux des stations voisines et de la somme des rapports des facteurs d'atténuation de signal entre la station et les stations voisines.

La détection d'un état de surcharge de la station en fonction du résultat de la comparaison de l'étape d- permet une gestion améliorée du réseau de téléphonie.

Dans un premier mode de réalisation de l'invention, lorsqu'un état de surcharge est détecté à l'étape d- et pour un ensemble de mobiles à demande de débit fixe, l'ensemble donné de mobiles relevant de ladite station est réduit et le procédé est recommencé.

Dans un deuxième mode de réalisation de l'invention, pour un état de non surcharge détecté à l'étape d- pour un ensemble de mobiles à demande de débit fixe, et afin de contrôler l'admission d'un nouveau mobile à demande de débit fixe à la station, les étapes a- à d- sont répétées pour le nouveau mobile et lorsqu'un état de surcharge est détecté à l'étape d-, le mobile n'est pas autorisé à accéder à la station.

Dans un troisième mode de réalisation de l'invention, pour un ensemble de mobiles transmettant des données et ayant ainsi une demande de débit variable, le débit alloué à chaque mobile est calculé de façon à ce que, lors de la comparaison de l'étape d, la somme soit inférieure ou égale au seuil.

Ainsi, pour un ensemble de mobiles ayant une demande de débit variable, la grandeur représentant les besoins du mobile vis à vis de la station de l'étape b- est évaluée de façon à être environ égale pour chaque mobile de la station et de façon à ce que la comparaison de l'étape d- ne détecte pas d'état de surcharge de la station.

L'invention concerne également un dispositif d'aide à la gestion d'un réseau de téléphonie sans fil constitué de stations, comportant un module capable d'effectuer pour un mobile donné relevant d'une station: - le calcul d'une grandeur prenant en compte l'atténuation vis à vis de sa station et l'atténuation vis à vis des stations voisines, - le produit de cette grandeur par une autre grandeur représentant les besoins du mobile vis à vis de sa station, - la sommation de ces produits pour un ensemble donné de mobiles relevant de ladite station, - la comparaison de la somme à un seuil.

Le calcul comprend plus particulièrement la sommation de deux termes : le premier terme est le facteur d'orthogonalité entre les canaux de la station. le deuxième terme est le produit du facteur d'orthogonalité entre les canaux de la station et les canaux des stations voisines et de la somme des rapports des facteurs d'atténuation de signal entre la station et les stations voisines.

Avantageusement, le module est capable de détecter un état de surcharge de la station en fonction du résultat de la comparaison.

Dans un premier mode de réalisation de l'invention, lorsqu'un état de surcharge est détecté pour un ensemble de mobiles à demande de débit fixe, le module est capable de réduire l'ensemble donné de mobiles relevant de ladite station et d'effectuer une nouvelle comparaison.

Dans un deuxième mode de réalisation de l'invention, pour un état de non surcharge détecté pour un ensemble de mobiles à demande de débit fixe, et afin de contrôler l'admission d'un nouveau mobile à demande de débit fixe à la station, le module est capable d'effectuer une nouvelle comparaison en prenant en compte le nouveau mobile et lorsqu'un état de surcharge est détecté, le mobile n'est pas autorisé à accéder à la station.

Dans un troisième mode de réalisation de l'invention, pour un ensemble de mobiles transmettant des données et ayant ainsi une demande de débit variable, le débit alloué à

chaque mobile est calculé de façon à ce que, lors de la comparaison, la somme soit inférieure ou égale au seuil.

Ainsi, pour un ensemble de mobiles ayant une demande de débit variable, la grandeur représentant les besoins du mobile vis à vis de la station est évalué de façon à être environ égale pour chaque mobile de la station et de façon à ce que la comparaison ne détecte pas d'état de surcharge de la station.

De façon générale, dans un environnement constitué de stations de base et de mobiles, le procédé et le dispositif de l'invention permettent une gestion décentralisée, au niveau des stations, de congestion du réseau de communication et d'admission de mobiles dans un ensemble de mobiles desservis par une station de base. Cette gestion décentralisée comprend un contrôle décentralisé de l'allocation de puissance par une station à un ensemble de mobiles, un contrôle décentralisé de l'admission de mobiles dans l'ensemble de mobiles desservis par une station de base.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après, ainsi que des dessins annexés sur lesquels: - la figure 1-A illustre un réseau de communication sans fil connu, - la figure 1-B illustre une station de base du réseau de communication sans fil, - la figure 2 représente un ordinogramme illustrant le principe d'allocation de puissance décentralisée dans une cellule du réseau selon l'invention, - la figure 3 représente un ordinogramme illustrant une méthode de contrôle d'admission d'un mobile à une station de base selon l'invention, - la figure 4 représente un ordinogramme illustrant une méthode de contrôle de congestion dans une cellule du réseau selon l'invention.

- la figure 5 représente un ordinogramme illustrant une méthode de faisabilité du contrôle de puissance sur l'ensemble du réseau selon l'invention, - la figure 6 représente un ordinogramme illustrant une méthode de prévision de la qualité de service du réseau selon l'invention, - la figure 7 représente un ordinogramme illustrant une méthode de prévision de la capacité du réseau selon l'invention, - la figure 8 représente un ordinogramme illustrant une méthode de calcul du dimensionnement du réseau selon l'invention, - la figure 9 représente deux exemples de fonction G dans un repère cartésien, - la figure 10 représente les même deux exemples de fonction G dans un repère polaire - la figure 11 représente un exemple de positionnement angulaire de stations de base situées dans une même position Yj.

L'annexe 1 présente les formules mathématiques utilisées pour la réalisation de l'invention, l'annexe 2 présente les différentes variables utilisées et leur signification.

Les dessins et les annexes contiennent, pour l'essentiel, des éléments de caractère certain. Ils pourront donc non seulement servir à mieux faire comprendre la description, mais aussi contribuer à la définition de l'invention, le cas échéant.

La figure 1A représente un réseau de communication sans fil RC. Ce réseau de communication sans fil RC comprend différentes cellules Cl, C2. Chaque cellule est composée d'une station de base SB établissant une communication avec une pluralité de mobiles. Ainsi, la cellule Cl comprend la station de base SB1 et les mobiles 10,11, 12 ; la cellule C2 comprend la station de base SB2 et les mobiles 20, 21, 22,23. Les réseaux de communica- tion sans fil comprennent une couche de transmission entre le réseau et le client contrôlée par un protocole, par exemple le protocole CDMA (Code Division Multiple Access). Ce

protocole permet notamment à chaque mobile d'utiliser la même large bande de fréquence.

Pour un mobile donné d'une cellule donnée, ce protocole CDMA utilise des codes orthogonaux ou pseudo-orthogonaux pour filtrer le signal qui lui est destiné à partir de la superposition de tous les signaux émis par les stations de base. Ces signaux sont atténués de manière à former un bruit pour le mobile i considéré tel que le rapport du signal émis par la station de base j sur le bruit soit supérieur à un seuil Cji. Ce seuil est donné par le théorème de Shannon (détaillé au chapître 7 de l'ouvrage suivant : [1] Cover, T. M. and Thomas, J.A.

(1991) Elements ofInformation Theory , Wiely and Sons, New-York) qui est fonction du débit (bit rate) que le mobile (source) réclame. Afin d'établir une communication de la station de base à un mobile (communication dite sur la voie descendante), la puissance Sji du signal émis à partir d'une station de base j doit être suffisante pour couvrir le bruit des communications avec d'autres mobiles et pour pouvoir être reçu par le mobile i considéré.

Ceci relève d'un problème d'allocation de puissance sur la voie descendante. Divers ouvrages traitent de ce problème en considérant des conditions différentes. Un premier modèle consiste à rechercher, par le biais d'une équation linéaire, le nombre de mobiles pouvant être desservis par une station de base, ces mobiles demandant un même débit de bits. Ce modèle ne prend pas en considération le problème de la compétition entre les stations de base du réseau pour allouer une puissance donnée à des mobiles. En effet, la puissance totale d'une station de base ne dépend pas dans ce modèle du nombre de mobiles desservis par la station.

Ainsi, un deuxième modèle prend en compte la dépendance de la puissance totale d'une station vis à vis du nombre de mobiles desservis par la station sous certaines conditions et est développé dans les ouvrages ci-dessous : [2] J.Zander. Distributed co-channel interférence control in cellular radio systems. IEEE Trans. Veh. Technol., 41:305-311,1992, [3] J.Zander. Performance of optimum transmitter power control in cellular radio systems.

IEEE Trans. Veh. Technol., 41:57-62,1992.

Le problème est posé par l'équation du deuxième modèle Z.S# S.(1+C)/C, le vecteur S représentant les puissances émises inconnues, C représentant le ratio signal sur interférence requis, la matrice Z donnant le rapport gain sur atténuation normalisée entre un utilisateur i et une station k. Le problème a une solution si une condition nécessaire et suffisante est

remplie, le ratio C devant être inférieur à une expression dépendante de la valeur propre de Perron-Frobenius de la matrice Z. Le problème est simplifié notamment en considérant que le bruit extérieur est négligeable. Par la suite, on parlera indifféremment de ratio signal sur interférence ou de ratio signal/bruit.

Les ouvrages suivants développent le deuxième modèle sous certaines conditions: [4] S. V.Hanly. Capacity in a two cell spread spectrum network. Thirtieth Annual Allerton Conf Commun, Control and Computing, IL : 426-435, 1992.

[5] S. V.Hanly. Capacity and power control in spread spectrum macrodiversity radio networks. IEEE Trans. Commun., 44 : 247-256, 1996.

[6] S. V.Hanly. Congestion measures in DS-CDMA networks. IEEE Trans. Commun., 47 : 426-437, 1999.

Il est à noter que [4] a pris en compte le bruit extérieur au réseau. [6] étend le modèle en prenant en compte le bruit extérieur au réseau et le bruit provenant des communications intra-cellulaires. [6] propose de résoudre ce problème en deux étapes : - étude des conditions d'allocation de puissance intra-cellulaire, - calcul de la puissance de quelques cellules agrégées.

L'évaluation de la valeur propre de Perron-Frobenius de la matrice Z peut s'effectuer à partir de la connaissance de l'état du réseau ou à partir d'un canal d'essai comme suggéré dans [6] ou dans l'ouvrage suivant : [7] C.Zhu and M. S. Corson. A distributed channel probing for wireless networks. Proc of IEEE Infocom 2001, pages 403-411,2001.

Lorsque le problème est faisable, la solution minimale finie du deuxième modèle peut être évaluée de manière décentralisée, en d'autres termes pour chaque station de base du réseau comme décrit au paragraphe IX de [5].

Toutefois, le traitement de ce problème d'allocation de puissance n'a pas permis jusque-là d'effectuer, à l'échelle d'un réseau, le contrôle décentralisé de la population de mobiles demandant une communication à une station de base ni le contrôle décentralisé du débit de bits (bit rate) des mobiles pour une communication.

Le problème d'allocation de puissance est représenté par l'équation 1. 1 comme indiqué en [6]. Le rapport des signaux atténués sur un ensemble d'interférences doit être supérieur à un

seuil donné. L'ensemble des interférences comprend un bruit extérieur au réseau (premier terme du dénominateur de l'équation 1. 1) reçu par le mobile considéré, le bruit provenant des communications intra-cellulaires (deuxième terme du dénominateur de l'équation 1.1), le bruit provenant des communications extra-cellulaires (troisième terme du dénominateur de l'équation 1. 1). Le bruit provenant des communications intra ou extra-cellulaires est défini en fonction d'une puissance pilote P appelée également puissance du signal pilote qui représente un signal transmis de façon continue par chaque station de base pour permettre aux mobiles de déterminer quelle station de base les dessert et les informations utiles pour établir une communication entre la station de base et le mobile.

Cette équation 1.1peut se décomposer en deux systèmes d'équations linéaires 1. 2 et 1. 3 sous la contrainte 1. 4. Ainsi, l'inconnue S du système d'équation 1. 2 représente la puissance globale du système et comprend l'ensemble des inconnues Sj qui représentent chacune la puissance globale d'une station de base j. Pour chaque puissance d'une station de base j selon l'équation 1. 2, le système d'équation 1. 3 est résolue de manière à trouver, pour chaque mobile i de la station j, la puissance locale Sij sous la contrainte de l'équation 1. 4. D'après cette équation 1. 4, la puissance globale Sj de la station de base j est égale à la somme des puissances locales Sji des mobiles i liés à cette station : cette condition prend en compte la dépendance de la puissance totale d'une station vis à vis du nombre de mobiles desservis par la station L'équation 1. 2 est appelée problème d'allocation de puissance globale, c'est-à-dire se rapportant au réseau, tandis que l'équation 1. 3 est appelée problème d'allocation de puissance locale, c'est-à-dire se rapportant à chaque station de base.

Le système d'équation 1. 3 est équivalent à l'équation développée 1. 6 pour tout i d'une station j. Le système 1. 3 admet une solution sous la contrainte 1. 4 si la condition nécessaire et suffisante 1. 7 est vérifiée. Cette condition s'applique à la somme des seuils des ratio signal-sur-interférence Hij définis en 1. 5. La suite de la description se base sur le fait que cette condition est remplie pour toute station j du réseau.

Ainsi, le reste de la description sera en partie consacré aux problèmes d'allocation de puissance globale. Dans le système d'équations 1. 2, la matrice A, le vecteur b et le vecteur

S ont des composantes pour chaque station j du réseau de communication sans fil telles que présentées dans les équations 1.8, 1.9 et 1.10.

La matrice A et le vecteur b sont respectivement une matrice non négative et un vecteur non négatif comme développé au chapitre 6 de la référence [8] Seneta, E. (1973) Non-negative Matrices and Markov Chains Springler-Verlag NewYork. D'autre part, la matrice A est dite irréductible si pour chaque composante de la matrice A, c'est-à-dire pour chaque paire d'entiers j, k (k étant différent de j), il existe un entier n #

1 tel que a">0. On définit 4* (a:) Jk An. On définit également la notion de rayon n=0 de convergence R de la matrice A comme indiqué en 1.11, pour une matrice A irréductible, n

correspondant au rayon de convergence des séries géométriques Afk (x) = ak .xn . n=O En supposant que la matrice A est une matrice irréductible et non négative, et que le vecteur b est un vecteur non négatif: -si le rayon de convergence R est supérieur à 1 alors la solution du problème s = As + b correspond à la solution A*b. L'équation 1. 6 a également d'autres solutions non négatives de la forme A*b+x, x étant non négatif tel que Ax=x.

-si R=l et A est transitif, alors les mêmes solutions qu'au point précédent s'appliquent.

Pour que R soit supérieur à 1, il suffit d'avoir la matrice A sous-stochastique tel que l'on ait l'équation 1. 11 pour toutes les stations j avec l'équation 1. 12 pour quelques stations j. Cette dernière condition est une condition suffisante mais non nécessaire pour l'existence de solutions du problème.

On définit la fonction de coût de l'équation 1. 13 pour tout mobile i chaque station j. Cette fonction de coût 1. 13 comprend un premier terme qui dépend du seuil du ratio signal sur interférence Hji (en d'autres termes des caractéristiques Cji des mobiles i dans la station j et du facteur d'orthogonalité entre les canaux de la station) et du facteur d'orthogonalité Kj entre les canaux de la station. Le deuxième terme de cette fonction 1.13 dépend du seuil du

ratio signal sur interférence ( c'est-à-dire des caractéristiques Cji des mobiles de la station j et du facteur d'orthogonalité Kj entre les canaux de la station), des facteurs d'orthogonalité kj entre les canaux de la station j, du facteur d'orthogonalité y entre les canaux de la station et l'ensemble des canaux des autres stations du réseau, et du rapport des atténuations 1(Yk, X@j) de signaux venant des autres stations du réseau par rapport à l'atténuation 1(Yj, Xij) du signal venant de la station j dans la position Yj pour chaque mobile i, dans la position Xij, de cette station j.

La matrice A est sous-stochastique si l'équation 1. 14 (équivalente à l'équation 1. 11) est vérifiée pour toutes les stations de base j du réseau et si elle est vérifiée strictement pour quelques stations de base j. La vérification de l'une de ces équations 1.14, 1.15, 1.16 pour chaque station j est appelée principe d'allocation de puissance décentralisée. Ainsi, pour chaque station j, l'équation 1. 14 dépend des caractéristiques (par exemple localisation, nombre ou débit de bits demandé) des mobiles de la station j et non des caractéristiques des mobiles des autres stations du réseau. On parle de problème d'allocation de puissance décentralisé.

La figure 1B illustre une station de base SB comprenant un module de contrôle d'admission et de congestion 20 en lien avec un calculateur 24, un comparateur 23 et une mémoire 21.

La mémoire 21 est en lien avec le calculateur 24, le comparateur 23 et un processeur 22. Ce module de contrôle d'admission et de congestion 20 comprend l'implémentation du principe de puissance décentralisé de la figure 2 et de la méthode présentée en figure 3 et/ou de la méthode présentée en figure 4. Il coopère avec le calculateur 24 et le comparateur 23 pour effectuer les étapes de ces procédés de contrôle développés ci-dessous ainsi que les procédés d'estimation ou de calcul de caractéristiques d'un réseau développés ci-après. Ce module 20 est muni d'un produit logiciel adapté pour effectuer ces procédés.

Le principe d'allocation de puissance décentralisée est développé en figure 2.

Ainsi, à l'étape 101, pour chaque mobile i d'une station j est calculé le rapport de la somme des atténuations des signaux provenant des autres stations j' du réseau vers le mobile i sur l'atténuation du signal provenant de la station j vers le mobile i.

A l'étape 103, l'équation fi, appelée fonction de coût, est calculée pour chaque mobile i. La fonction de coût fi comprend le calcul d'une grandeur prenant en compte l'atténuation vis à vis de la station considérée (facteur d'orthogonalité #j) et l'atténuation vis à vis des stations voisines (facteurs d'orthogonalité [gamma]j et rapports d'atténuations) et le produit de cette grandeur par un facteur représentant les besoins du mobile vis à vis de sa station. Ce facteur correspond au seuil de ratio signal/bruit Hji. L'étape 105 indique la sommation pour tous les mobiles i de la station j des fonctions de coût fi. La population des mobiles i de la station j est appelée Ij. A l'étape 107, si la somme SOM(L) calculée à l'étape 105 est inférieure à une valeur 1-#, # étant un facteur de sécurité explicité ci-après, alors le trafic des signaux de la station j est acceptable à l'étape 111. Sinon, la station j présente un trafic trop important à l'étape 109.

Dans le cas d'un nombre de mobiles fixe ayant une demande de débit variable, les ratio signal/bruit Cji peuvent être calculés en fonction des demandes de débit des mobiles. A partir de ces ratios, le principe d'allocation de puissance décentralisé de la figure 2 permet d'estimer si le trafic est trop important ou non. On parle également d'état de surcharge de la station. Suivant l'importance du trafic (ou de l'état de surcharge de la station), la méthode de contrôle de congestion de la figure 4 peut être ou non utilisée. Bien évidemment, la méthode de contrôle de congestion de la figure 4 peut être utilisée directement sans procéder à l'estimation de l'importance du trafic.

Dans le cas de mobiles ayant une demande fixe en bande passante, le principe d'allocation de puissance décentralisé de la figure 2 s'applique à une méthode de contrôle d'admission dont un exemple est illustré par la figure 3.

D'après la figure 2, il est possible d'évaluer si la population des mobiles i correspondant à une station jpermet de vérifier l'inégalité 1. 14 sans facteur de sécurité. Si ceci n'est pas le cas, un état de surcharge de la station est détecté, une méthode de contrôle d'admission consiste à réduire la population de mobiles Ij de la station j considérée à #j de manière à ce que l'équation 1. 15 soit vérifiée. Dans une alternative, la population de mobiles Ij de la station j considérée est réduite à #j de manière à ce que l'équation 1.16 soit vérifiée. En effet, l'équation 1. 16 propose une condition d'inégalité plus petite que l'équation 1. 15 avec le facteur de sécurité # de manière à éviter le risque que la somme des puissances allouées par

une station de base j aux mobiles de la station ne soit supérieure à la puissance maximale de la station de base j.

Ainsi, une méthode de contrôle d'allocation de puissance décentralisé selon l'invention comprend un procédé qui permet de calculer pour une station j donnée un sous-ensemble de mobiles #j contenu dans l'ensemble de mobiles Ij (représentant les mobiles demandant l'accès à la station j) tel que pour ce sous-ensemble de mobiles, le problème de contrôle de puissance pour la station j sur la voie descendante soit faisable.

On parle de problème de contrôle de puissance faisable pour le réseau dans le cas où il existe des solutions pour les inconnues Sji qui représentent les variables de puissance dans l'équation 1. 1 et ceci pour chaque station du réseau de communication sans fil.

Cet exemple de méthode de contrôle d'admission peut s'appliquer ainsi : après l'étape 109 de la figure 2 et dans le cas d'une demande fixe en bande passante (équivalent à une demande de débit de bits constant) par les mobiles de la station, la population de mobiles de la station est diminuée et le principe d'allocation de puissance décentralisé de la figure 2 est recommencé pour la station j.

Si la population de la station j permet d'arriver à l'étape 111, la nouvelle population réduite de mobiles de la station j, appelée est correctement desservie par la station j.

Une fois que l'état de trafic acceptable d'une station est vérifié par le procédé de la figure 2, de nouveaux mobiles peuvent demander l'admission à la station j. Dans ce cas, l'exemple de la méthode de contrôle d'admission de la figure 3 peut être appliqué.

A l'étape 201, un nouveau mobile z demande l'admission à une station j. A l'étape 203, la fonction de coût fz est calculée pour le nouveau mobile z. Cette fonction de coût fz est additionnée à la somme des fonctions de coût de chaque mobile de la station j, cette somme correspondant à la valeur SOM(Ij) calculée à l'étape 105 du procédé de la figure 2. Si, à l'étape 205, cette nouvelle somme reste inférieure au seuil 1-8, alors le mobile z est accepté pour être desservi par la station j qui conserve un trafic acceptable à l'étape 207. Dans le cas contraire, à l'étape 209, le mobile z est rejeté par la station j.

Pour pouvoir calculer la population de mobiles Ij d'une station j de manière à ce que cette station n'ait pas un trafic trop important, plusieurs variantes de méthodes basées sur la méthode de contrôle d'admission de la figure 3 sont développées ci-après. D'autres variantes de méthodes peuvent également être réalisées.

Une première réalisation consiste à effectuer les étapes 101 et 103 de la figure 2 de manière à calculer pour chaque mobile i la fonction de coût fi. A l'étape 105, la sommation des fonctions de coût fi est effectuée dans un certain ordre et par étapes, fonction après fonction, la comparaison de l'étape 107 étant effectuée après chaque sommation d'une nouvelle fonction de l'étape 105. La sommation de l'étape 105 s'arrête au moment où la condition de l'étape 107 est réalisée. Les mobiles pour lesquels la fonction de coût a été sommée à l'étape 105 sont compris dans la population de mobiles Ij acceptée par la station j et les autres mobiles n'étant pas autorisés à accéder à la station.

L'ordre dans lequel les fonctions de coût des mobiles sont sommées peut être par exemple: - l'ordre croissant des valeurs des fonctions de coût, appelé ordre croissant, - un ordre aléatoire.

L'ordre croissant permet d'obtenir une population de mobiles maximale desservie par la station mais n'offre pas la possibilité à des mobiles éloignés de la station d'être en communication avec celle-ci. On parle de mauvaise couverture spatiale. D'autre part, la station sera dans un état de congestion dès que des mobiles s'éloigneront de cette station.

L'ordre aléatoire permet à des mobiles plus éloignés de la station de dépendre de celle-ci, l'éloignement des mobiles par rapport à la station n'engendrera pas forcément un état de congestion de cette station. On parle de bonne robustesse à la mobilité.

Un mobile non accepté par une station peut être ré-alloué à une autre station pour laquelle la fonction de coût fi est plus faible ou pour laquelle la fonction de coût fi est la plus faible parmi les fonctions de coûts des différentes stations.

Une variante de réalisation peut également proposer que chaque station de base communique sa somme SOM(Ij) à l'ensemble des stations de base du réseau en mode de diffusion large

(de l'anglais "broadcast"). Ainsi, l'étape 205 peut être effectuée en parallèle pour toutes les stations de base à un moment donné. Pour les stations de base vérifiant l'étape 205, il est recherché la station de base pour laquelle la valeur de l'addition de la somme SOM(Ij) et de la fonction de coût de l'étape 205 est la plus faible. Le mobile est accepté par cette station, minimisant ainsi la charge des stations de base du réseau.

Ainsi, il est possible de contrôler l'admission des mobiles à une station de manière à ce que le problème d'allocation de puissance globale répondant à l'équation 1. 2 ait des solutions.

Ainsi, les mobiles du réseau sont alloués à une des stations du réseau de façon à ce que chaque cellule du réseau soit dans un état de trafic acceptable. L'invention permet notamment de gérer le réseau pour éviter tout trafic inacceptable.

Dans le cas où les mobiles d'une station demandent l'établissement de communication sans bande passante fixe (pour un transfert de données par exemple), le trafic engendré est dit trafic élastique. Suivant les demandes des mobiles d'une station et suivant l'emplacement de ces mobiles, le trafic élastique peut engendrer un état de congestion. La méthode de contrôle de congestion développée sur la figure 4 permet d'éviter un encombrement du trafic et permet l'adaptation du trafic à des variations de débit de bits.

La méthode est appliquée en parallèle pour chaque station de base j du réseau. Tous les mobiles de la station ont le même débit de bit accordé, il en résulte un même ratio signal-surinterférence Ci pour tout mobile de la station. La méthode se base sur la nouvelle équation 1. 17 vérifiant le principe d'allocation de puissance décentralisé. L'équation 1. 17 doit être vérifiée pour toute station j et strictement pour quelques stations j se façon à éviter tout état de surcharge de la station. A l'étape 501, il est calculé pour chaque mobile i de la station j la valeur SOMi étant le rapport des atténuations L(j', i) de signaux venant des autres stations j' du réseau sur l'atténuation L(j, i) du signal venant de la station j. A l' étape 503, les valeurs SOMi de tous les mobiles sont additionnées et le résultat est multiplié par le facteur d'orthogonalité y entre les canaux de la station et l'ensemble des canaux des autres stations du réseau. Comme la bande passante demandée est fonction de chaque mobile et que le nombre de mobile est supposé fixe pour toute station j, il est calculé le ratio signal-surinterférence maximal que la station peut offrir à chacun de ses mobiles i à l'étape 505. Cette équation 1. 18 résulte de l'équation 1. 17. En fonction de ce ratio signal-sur-interférence

maximal, de la largeur de bande du canal CDMA et d'approximations faites sur le canal Gaussien, il est calculé le débit de bit assigné à chaque mobile à l'étape 507 et indiqué également en 1.19.

Dans un premier temps, il est considéré qu'il n'y a pas de méthode de contrôle d'admission appliquée et que le nombre de mobiles peut être augmenté si le débit de bits accordé aux mobiles est réduit. Par contre, aucun mobile n'est rejeté de la station dans cette méthode.

Ainsi, par cette méthode, il est possible de contrôler de façon décentralisée, en d'autres termes pour chaque station, l'état du trafic. Cette méthode permet également d'adapter le débit de bit offert à chaque mobile. Cette méthode peut s'appliquer par exemple soit régulièrement, soit à chaque déplacement détecté d'un mobile. En effet, à chaque déplacement d'un mobile, le dénominateur de l'équation 1. 19 change. D'autres conditions d'applications de la méthode peuvent être envisagées.

Le facteur de sécurité # indiqué pour la méthode de la figure 3 est également applicable pour cette méthode restreignant la condition du terme de droite de l'équation 1.17.

Il est également possible d'envisager, pour une station j, de combiner les méthodes de la figure 3 et de la figure 4. Ainsi, [alpha]j défini en 1. 20 représente la fraction des mobiles de la station demandant un débit de bit fixe et étant sujet à la méthode de contrôle d'admission de la figure 3. La population de mobiles acceptée #jF parmi la population IjF demandant une communication à débit fixe doitvérifier l'équation 1. 21. Reste la fraction 1-[alpha]j qui représente la fraction des mobiles de la station demandant un trafic élastique et étant sujet à la méthode de contrôle de congestion de la figure 4. La population de cette fraction est IjE. Le ratio signal-sur-interférence maximal que la station peut offrir à chacun des mobiles de cette fraction 1-[alpha]j est défini à l'équation 1.22.

Une autre façon de combiner les méthodes des figures 3 et 4 consiste à laisser la part de débit de bit fixe non utilisée par la population de mobiles à débit fixe (#jF) à la population de mobiles demandant un trafic élastique (LE). Dans ce cas, le ratio signal-sur-interférence maximal que la station peut offrir à chacun est détaillé dans l'équation 1. 23. Cette variante exige que la valeur de la somme des fonctions de coûts pour la population de mobiles à débit fixe (#jF) soit diffusée par exemple régulièrement.

Le facteur de sécurité peut être intégré aux équations développées ci-dessus.

La faisabilité du contrôle de puissance globale est vérifiée par la méthode développée sur la figure 5.

Ainsi, à l'étape 301, la méthode de contrôle d'admission et/ou de congestion décentralisé est appliquée pour chaque station j. Si au moins une surcharge est détectée pour une station j à l'étape 303, alors le contrôle de puissance globale est impossible à l'étape 305. Si aucune surcharge n'est détecté à l'étape 303, le contrôle de puissance globale admet des solutions à l'étape 306.

La surcharge d'une station j comprend - un nombre trop important de mobiles à demande de débit fixe pour la station et dans ce cas l'équation 1. 14 par exemple n'est pas vérifiée pour la station, et/ou - un état de congestion détecté pour la station j et dans ce cas l'équation 1. 14 par exemple n'est pas vérifiée pour la station après calcul des ratio signal/bruit en fonction des débits de bit demandés par chaque mobile de la station. Lors de l'application de la méthode de contrôle de congestion, les ratio signal/bruit sont calculés de manière à éviter cet état de congestion puisqu'ils vérifient l'équation 1.17.

Dans le cas de modifications des caractéristiques du réseau, les différentes méthodes peuvent être ré-appliquées. De façon à prévoir, par exemple, la configuration optimale du réseau (densité des stations de base), la qualité de service optimale (pouvant être la qualité de réception d'une communication ou la qualité de débit de bits pour transfert de données), la densité maximale des mobiles, il est important de prendre en compte les variations des caractéristiques du réseau. De manière à prendre en compte lesvariations des caractéristiques du réseau, des lois de probabilité sont utilisées. Ces lois de probabilité ont les paramètres suivant : - la densité des stations de base (#BS) qui est utilisée pour représenté l'implantation des stations. Il s'agit d'une information agrégée qui peut rendre compte d'un réseau existant ou bien d'un réseau prévisionnel. Cette densité est utilisée comme paramètre de processus ponctuels dont les réalisations donnent une estimation du réseau;

- la densité des mobiles (#M) qui est utilisée pour représenté l'implantation des mobiles. Il s'agit d'une information agrégée utilisée comme paramètre d'un processus ponctuel.

- le rapport signal/bruit (Cji). Il s'agit du rapport de la puissance de signal utile sur la puissance du signal parasite reçu. Pour pouvoir établir une communication à débit fixe avec un mobile i, ce rapport doit dépasser un seuil défini au moyen d'une loi de probabilité qui modélise les différents appareils de réception. Pour une demande de débit variable, ce rapport est calculé et conditionne le débit de bits possible offert par la station de base.

- un modèle de transmission pour connaître les altérations du signal dû à la propagation dans l'air, par exemple un modèle de propagation comme le modèle d'Okumura-Hata.

- une modélisation des bruits extérieurs. Les perturbations extérieures sont modélisées par exemple comme un bruit considéré comme constant ou bien un bruit considéré comme provenant d'un autre réseau implanté selon un processus ponctuel.

- interférences entre les canaux d'une même station (#j). Ce paramètre modélise les interférences entre un canal de communications d'une station et l'ensemble des autres canaux de cette station. Il s'agit de la proportion de signal issu de l'ensemble de ces canaux qui va être assimilée à des bruits pour le premier canal.

- interférences entre les canaux de stations différentes ([gamma]j). Ce paramètre rend compte des interférences entre un canal de communications d'une station et l'ensemble des canaux des autres stations de base. Il s'agit de la proportion de signal issu de ces canaux qui va être considérée comme du bruit pour le premier canal.

La figure 6 présente la prévision de la qualité de service dans un réseau. La qualité de service peut également être nommée qualité de réception ou qualité de débit de bits pour transfert de données.

A l'étape 401, un modèle de localisation spatiale des stations de base est obtenu selon un processus ponctuel, par exemple un processus ponctuel homogène de Poisson J={Y}, J décrivant les localisations Yj des stations de base j du réseau avec une densité de stations de

base #BS supérieure à zéro et inférieure à l'infini. Pour ce processus, il est supposé que, pour chaque station j: - les couples ({Cji, Wji}, Kj) sont indépendants et que, - les vecteurs (Ci', Wji) sont indépendants pour chaque mobile i de la station j.

A l'étape 403, le modèle de localisation spatiale des mobiles est également effectué selon un processus ponctuel, par exemple un processus ponctuel homogène de Poisson I={Xj} décrivant les localisations de tous les mobiles du réseau avec une densité de mobiles #M supérieure à zéro et inférieure à l'infini.

A l'étape 405, chaque mobile est affecté à une station de base selon un modèle géométrique, par exemple un processus ponctuel de Poisson-Voronoi Ij. Ij représente l'ensemble des mobiles de I localisés dans une cellule de Voronoi au point Yj, cette cellule correspondant à la cellule de la station jau point Yj, reliée au processus ponctuel J. Ij est définie en 1.25 et est valable pour toutes les stations j. La cellule de Voronoi définie en 1. 26 comprend l'ensemble des mobiles du réseau les plus proches de la station j de base considérée.

L'étape 407 définit une fonction d'atténuation selon un modèle géométrique comme défini en 1. 24, la fonction d'atténuation étant une fonction de la distance euclidienne entre la station de base et un mobile considéré.

L'étape 409 propose également de déterminer d'autres paramètres selon le modèle géométrique, ces paramètres étant le rapport signal/bruit nécessaire, la modélisation du bruit extérieur, etc...Dans le cas du contrôle de congestion, les ratios signal-sur-interférence sont identiques pour chaque mobile de la station j.

A l'étape 411, la probabilité de "non surcharge "pour une station est calculée et/ou estimée par des méthodes analytiques et/ou des méthodes de simulation présentées plus loin. Cette probabilité de non surcharge est également appelée qualité de service centrée sur la station de base. Dans le cas du contrôle d'admission, cette qualité de service centrée sur la station correspond à une mesure de niveau d'admission centrée sur la station de base, la probabilité que la station j desserve tous les mobiles rattachés à cette station est présentée en 1.36. Dans le cas du contrôle de congestion, cette qualité de service centrée sur la station de base

correspond à la probabilité que la station desserve un certain débit de bits à tous les mobiles rattachés à cette station. A l'étape 413, les caractéristiques de la qualité de service centrée sur les mobiles sont calculées et/ou estimées. Les caractéristiques de la qualité de service centrée sur les mobiles comprennent la fréquence des admissions de demande de communication d'un mobile à une station pour le cas du contrôle d'admission ainsi que la probabilité que le mobile placé en un certain endroit obtienne sa communication avec une station. Ainsi, pour des probabilités de communication réussies calculées ou estimées, on obtient les caractéristiques de la qualité de service pour chaque station j.

Dans le cas du contrôle de congestion, les caractéristiques de la qualité de service centrée sur les mobiles comprennent la probabilité que le mobile ait obtenu de la station le débit de bits demandé, la fréquence d'obtention du débit de bits demandé.

A partir de ces caractéristiques de qualité de service par exemple calculées ou fixées, la figure 8 propose un dimensionnement du réseau.

A l'étape 601, une qualité de service requis et le modèle géométrique estimé pour les mobiles (#M) sont fournis.

A l'étape 603, on trouve le modèle géométrique minimal pour les stations de base (#BS#) telle que la qualité de service requis satisfasse la condition requise de l'inégalité 1.32.

L'étape 603 permet de calculer ou d'estimer la densité minimale de stations.

La figure 7 propose le calcul ou l'estimation de la densité maximale de mobile #M# sur l'ensemble du réseau.

A l'étape 701, un modèle géométrique est fourni pour les stations de base du réseau ainsi que la qualité de service requis ( fixée ou calculée) pour le réseau calculée par l'équation 1.16 par exemple.

Dans le cas du contrôle d'admission, à l'étape 703, la distribution maximale des mobiles #M# est la solution de l'équation 1. 27 pour une population de mobiles réduite. L'équation 1.27 indique que pour une station de base donnée, par exemple pour la station j = 0, il y a une probabilité supérieure à 1- E que la totalité des mobiles de la station soit acceptée. Dans un

exemple de réalisation, la densité maximale des mobiles trouvée pour la station j = 0 est la même pour toutes les stations du réseau. La fonction #M# = #M# (#BS) signifie que pour une station de base donnée, il y a une probabilité # qu'au moins un mobile soit rejeté par cette station de base.

Dans le cas du contrôle de congestion, à l'étape 703, la distribution maximale des mobiles trouvée doit vérifier que la probabilité d'obtenir un ratio signal-sur-interférence (1.18) supérieur à une valeur donnée est assez grande (proche de 1).

Pour réaliser les procédés mis en oeuvre dans les figures 5 à 7, différents modèles géométriques peuvent être utilisés. Ainsi, le modèle moyen homogène de Poisson-Voronoi est tiré du modèle homogène de Poisson-Voronoi en considérant que l'ensemble des stations de base est stationnaire.

Ceci apour conséquence que les coefficients aléatoire de la matrice A et du vecteur b donnés par les équations 1. 8 1. 9 et 1. 10 sont égaux pour chaque colonne. Le modèle moyen de Poisson-Voronoi consiste à simplifier le problème de l'équation 1. 2 en remplaçant les coefficients aléatoires par leur moyenne. La notation E[a] représente la moyenne de la variable a. Ainsi, comme l'équation 1.2 doit satisfaire l'équation 1.11 pour avoir une solution, l'équation 1. 28 doit satisfaire l'équation 1. 29 pour avoir une solution.

Des méthodes d'analyse algébrique sont développées ci-dessous à titre d'exemple en se basant sur le modèle moyen de Poisson-Voronoi.

D'après ce modèle, l'événement correspondant à 1. 14 pour la station j = 0 a pour complément l'événement 1. 30. La probabilité de l'événement correspondant à 1. 14 pour la station j = 0 a pour complément la probabilité 1. 32. Dans la description qui suit, la fonction 1. 31 est approximée de manière à trouver la densité maximale des mobiles de la station j pour laquelle 1. 32 est vérifiée. Une hypothèse sur le facteur d'atténuation est faite comme par exemple en 1. 33 et dépend de la distance Euclidienne, les puissances pilotes étant considérées comme nulle en approximation pour simplifier le calcul. Les moyennes des formules 1. 8, 1. 9 et 1. 10 sont calculées en 1. 34, 1. 35, 1. 36 avec des variables aléatoires génériques (C, W, T) et K. Les intégrales de ces formules peuvent être analytiquement

évaluées pour des fonctions d'atténuation particulières comme définies en 1. 37 ou 1.38. Dans ces deux cas, et pour des certaines conditions remplies développées en annexe, les formules 1. 33 et 1. 34 sont approximées par les formules 1. 39 et 1. 40. Ainsi, par approximation de l'équation 1. 29 en additionnant les formules 1. 39 et 1. 40, il est possible de calculer la capacité de la station, en d'autre termes la densité de mobiles maximale admise par la station.

De plus, il est également possible de borner la probabilité comme celle de 1. 31 ou la probabilité d'obtenir un ratio signal-sur-interférence inférieur à un petit ratio, la probabilité d'obtenir un débit de bits inférieur à un petit débit de bit pour le contrôle de congestion. Ainsi, l'inégalité de Chernov formulée en 1. 41 pour le membre gauche de l'équation 1.14 et pour une station j=0 permet de borner par une limite supérieure la probabilité que la somme des fonctions de coûts est supérieure à une limite z. En combinant l'inégalité de Jensen en 1. 42 à celle de Chernov, la limite supérieure est elle-même bornée par une limite supérieure explicite. Ainsi, la probabilité que la somme des fonctions de coûts est supérieure à une limite z est bornée par cette limite supérieure explicite. Cette dernière comporte une fonction J (t) en 1.43.

Selon le procédé de la figure 6, la valeur de cette fonction est calculée de manière à trouver la qualité de service requis.

Selon la figure 7, la qualité de service est fonction de la densité des mobiles comme indiqué par l'équation 1. 31. La densité de station de base est connue ainsi qu'une condition sur la qualité de service tel qu'indiqué par l'équation 1. 32 de manière à ce que la densité maximale des mobiles soit l'inconnue de la fonction.

Selon la figure 8, la densité des mobiles est connue ainsi qu'une condition sur la qualité de service fournie de manière à ce que la densité de station de base soit l'inconnue de la fonction.

Des méthodes de simulation sont également possibles pour l'estimation des inconnues des procédés des figures 5 à 7. Un exemple de méthode de simulation dans le cas de simulation de la capacité d'admission en état statique est abordé ci-après.

Ainsi, une simulation grossière peut être appliquée en choisissant la simulation de k modèles indépendants de processus ponctuels de Poisson avec leur densité de mobiles respectifs discret #0<#1 <...#k chaque densité de mobiles présentant un écart Ai avec la densité de mobiles immédiatement inférieure. La probabilité de l'équation 1.31peut être ainsi calculer pour chaque densité de mobiles de manière à trouver l'intervalle des densité de mobiles qui permet d'obtenir l'intervalle des probabilités souhaitées. Cette simulation permet d'obtenir les caractéristiques de qualité de service basées sur la station de base.

Une simulation dynamique peut également être effectuée etpermet d'obtenir les caractéristiques de qualité de service basées sur les mobiles en prenant en compte leur déplacement éventuel. Dans ce cas, un processus spatio-temporel est simulé pour les mobiles d'une station de base sous la condition de l'équation 1. 14. Une telle simulation peut être obtenue en utilisant la technique développée dans l'ouvrage [9] W.S. Kendall and Thônnes. Perfect simulation in stochastic geometry. Pattern Recognition, 32 :1569-1586, 2001.

La simulation s'applique également au cas du contrôle de congestion.

L'invention a une application industrielle dans le domaine de la téléphonie sans fil et concerne un procédé d'aide à la gestion d'un réseau de téléphonie sans fil déjà implanté ou en projet.

Dans ce qui a été décrit jusque-là, il a été considéré que chaque station est munie d'une antenne omnidirectionnelle. Ainsi, l'atténuation du signal, dans le modèle de propagation du signal décrit ci-dessus, a été considérée comme dépendante de la distance à l'antenne uniquement.

Dans un réseau réel, il est fait usage d'un système d'antennes directionnelles au lieu d'une antenne omnidirectionnelle. Dans la description précédente, une antenne omnidirectionnelle a une couverture angulaire de 2# rad (360 ) et couvre ainsi toute la zone qui l'entoure. Le système d'antennes directionnelles comprend au moins deux antennes directionnelles couvrant chacune un secteur de la zone couverte par une antenne omnidirectionnelle, cette zone est appelée zone omnidirectionnelle.

Ainsi, il est possible d'améliorer la capacité du réseau en tenant compte de la présence d'antennes directionnelles et de la sectorisation de la zone omnidirectionnelle.

On introduit une fonction G dite fonction modèle de radiation normalisée qui dépend de l'angle # représentant l'azimuth de l'axe de l'antenne directionnelle. Atitre d'exemple, cette fonction peut être une fonction sinusoïdale Ga comme présentée en 1. 44 pour un angle 6 compris entre -71 et +#, la valeur de la variable w étant avantageusement choisie pour que G(TC/3) = 1/2 = 3 dB. Cette fonction G peut être également une fonction paramétrique Gb selon la valeur de l'angle 0 par rapport à des angles #1 et #2 définis à titre d'exemple en 1. 45 pour que G(#/3) = 1/2 = 3 dB. Une illustration de ces deux exemples de représentation de la fonction G est donnée en figures 9 dans un repère cartésien et 10 dans un repère polaire avec pour Gb, #1 = #/12 et #2=2 #/3.

De manière générale, la fonction G appliquée sur une fonction omnidirectionnelle d'une station agit comme un filtre et permet d'obtenir une fonction directionnelle en prenant en compte le lobe principal et éventuellement les lobes secondaires de la fonction omnidirectionnelle. Par exermple, l'atténuation l(x,y), fonction de la localisation x du receveur (un mobile) et de la localisation y de l'émetteur (une station), correspond à une atténuation omnidirectionnelle comme définie dans la description ci-dessus. A cette atténuation omnidirectionnelle est appliquée la fonction G comme indiquée en 1. 46 pour obtenir l'atténuation directionnelle L(x, y, 0) fonction des positions de l'émetteur, du receveur et de l'azimuth de l'antenne directionnelle, la fonction G dépendant de l'angle entre la direction de l'azimuth de l'antenne et la direction donnée par le chemin entre l'émetteur et le receveur.

L'atténuation d'un signal est d'autant moins importante que la direction donnée par le chemin entre l'émetteur et le receveur se rapproche de la direction de l'azimuth. Cette atténuation L (x, y,#) reproduit le comportement d'une antenne directionnelle.

A titre d'exemple seulement, on considère trois antennes directionnelles dans une même position y et recouvrant chacune un secteur de 2#/3 rad (120 ) de façon complémentaire afin de recouvrir la zone omnidirectionnelle de 2# rad (360 ). Ainsi, l'azimuth de chaque antenne directionnelle en une position y est représenté par la variable #u telle que définie en
1. 47, u étant un entier naturel prenant un nombre de valeurs égale au nombre d'antennes en position y, par exemple les valeurs -1, 0 et 1 dans le cas de trois antennes. La même fonction

G est utilisée pour définir l'atténuation directionnelle de chaque antenne. L'atténuation des antennes directionnelles dans une position y peut être définie par un vecteur L (x, y,0) ayant pour composantes l'atténuation directionnelle de chaque antenne dans cette position y et présentant un azimuth différent en fonction de l'entier naturel u. L'atténuation totale formée par les antennes directionnelles dans un position y est présentée par la formule 1. 49 comme la somme des atténuations directionnelles de chaque antenne. Cette atténuation totale est simplifiée par la mise en facteur de l'atténuation omnidirectionnelle l(x, y) comme présenté en 1.50.

Le problème d'allocation de puissance de l'équation 1. 1 est ajusté pour un contexte d'antennes directionnelles dans l'équation 1. 51. Une station de base (j,u) est définie par sa position Yj et par son antenne directionnelle u. Plusieurs stations de base (trois dans l'exemple de la figure 11 et l'exemple développé) se trouvent dans une même position Yj.

#ju définit l'orientation de l'antenne u en position Yj. Ainsi, les variables de l'équation 1.1 sont redéfinies en fonction de u définissant une des antennes en position Yj (le signal émis par la station (j,u) et destiné au mobile i, le bruit extérieur au réseau reçu par le mobile i considéré, le bruit provenant des communications intra-cellulaires (j,u), le bruit provenant des communications extra-cellulaires), et en fonction de #ju (l'atténuation de la puissance émise par la station (j,u) et destinée au mobile i). L'analyse de faisabilité de l'allocation de puissance et du contrôle de congestion/admission décentralisé est la même que précédemment, adaptée au nombre de stations de base et à la variable d'orientation de la station (antenne).

Le principe d'allocation de puissance décentralisée de la figure 2 peut également être appliqué pour le cas de stations de base munies d'une antenne directionnelle (j,u). Ainsi, la fonction de coût de l'équation 1. 52 est calculée de la même manière que précédemment mais en partant de l'équation 1.51et 1. 46. Cette fonction de coût est calculée pour une station (j,u) munie d'une antenne directionnelle et pour un mobile placé en x. Il est à remarquer que dans les deuxième et troisième termes de la fonction, les variables y et H peuvent être mises en facteur de la somme des rapports d'atténuations directionnelles pour les stations voisines de la station considérée. Les stations voisines comprennent les stations ayant la même position Yj que la station (j,u) mais une position angulaire différente et les stations ayant une position Y différente de celle de la station (j,u) et une position angulaire quelconque. Le seuil du ratio

signal/bruit H est développé en 1. 53 et représente les besoins d'un mobile vis à vis de sa station. Il est fonction du ratio signal sur bruit C maximal commun à tous les mobiles des stations. Ce ratio pourrait également être commun à tous les mobiles d'une même station seulement. La condition 1.14 pour la faisabilité du problème d'allocation et utilisée pour le contrôle de congestion/admission décentralisé est adaptée en 1. 54 pour chaque station (j,u) comprenant une antenne directionnelle. Le contrôle de congestion/admission décentralisé des figures 3 et 4, la faisabilité du contrôle de puissance global de la figure 5 et les méthodes des figures 6 à 8 sont applicables pour des stations de base munies d'antennes directionnelles en utilisant les formules adaptées.

La prévision de la qualité de service développée plus haut et basée sur la cellule de Voronoi est également applicable dans le cas de stations munies d'antenne directionnelle pour un processus ponctuel homogène de Poisson. Pour cela, une nouvelle cellule directionnelle de Voronoi est définie en 1. 57 et comprend l'ensemble des mobiles du réseau les plus proches de la station (j,u) considérée c'est-à-dire les mobiles compris dans le secteur couvert par l'antenne u de la station (j,u). La définition en 1. 55 est basée sur l'intersection de la cellule de Voronoi définie en 1. 26 pour une station avec antenne omnidirectionnelle et des mobiles compris dans un secteur allant de -TC/3 rad à +71/3 rad autour de l'azimuth de l'antenne u considérée à la position Yj.

Pour un processus ponctuel homogène de Poisson, en considérant la densité spatiale de mobiles #M et, dans l'exemple non limitatif de trois antennes en une même position Yj, la densité spatiale de stations 3.#BS (#BS étant la densité spatiale pour une station située en une position Yj), la condition 1. 54 est calculée comme la somme moyenne des fonctions de coût d'un secteur donné pour les mobiles de ce secteur. Le secteur donné est défini par une position de la station à l'origine Yo = 0 avec l'orientation #0 = 0 rad et la cellule directionnelle de Voronoi correspondante est V00. Le nombre moyen de mobiles par cellule directionnelle de Voronoi est de #M /3.#BS. Ainsi, la condition 1. 54 en moyenne peut se calculer en prenant séparément chaque terme de la fonction de coût 1. 52 et en évaluant la moyenne de la somme de chaque terme pour tous les mobiles de la cellule. Ainsi, la moyenne de la somme pour tous les mobiles de la cellule du deuxième terme de la fonction de coût est évalué en 1.60 en fonction de Gl, celle du troisième terme de la fonction de coût est évalué en 1. 61 en fonction de G2 et L. La moyenne du seuil du ratio signal/bruit E[H]

dépend du bit rate demandé par un mobile, les fonctions Gl, G2 et L sont données en 1.57, 1.58,1.59. Pour une station donnée en une position et une orientation données (Yo = 0, #0= 0 ) et pour les mobiles de la cellule donnée, Gl permet de calculer l'interférence angulaire

avec les autres stations de la même position (Yo = 0, 0,=27C/3 et 6o=-2t/3), G2 et L permettent de calculer l'interférence, respectivement angulaire et de position Y, avec les autres stations dans des positions différentes et orientations quelconques (Yj, #u). Dans la condition de 1. 56, le terme yGl représente l'interférence de l'antenne directionnelle u avec les autres antennes directionnelles de la même position, le terme y.G2.L représente l'interférence de l'antenne directionnelle u avec les stations de base des autres positions. A titre de comparaison, l'équation 1. 62 correspond à la condition moyenne pour des stations présentant une antenne omnidirectionnelle, une seule station se trouvant en une position Yj donnée.

De manière avantageuse, la considération d'antenne directionnelle permet d'admettre un traffic largement plus important qu'en considérant une antenne omnidirectionnelle par station de base. Dans l'exemple de trois antennes à la même position Yj et pour Gl=0 et G2=1, le traffic admis est trois fois plus important par station de base en comparaison à un mode omnidirectionnel.

Toutefois, le gain est plus faible dans le cas d'antennes directionnelles puisque des interférences entre stations de base de la même position s'ajoutent et les interférences avec les autres stations de base augmentent.

De manière générale, il est possible d'augmenter ou de diminuer le nombre de stations de base à la même position Yj. De plus, il a été considéré que chaque antenne a la même fonction G. Dans une autre réalisation, il est possible d'adapter la fonction G en fonction de l'antenne considérée par exemple. Il est également possible de placer les antennes directionnelles ayant la même position Yj selon une disposition angulaire différente de celle décrite dans l'exemple.

Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à la forme décrite ci-dessus mais s'étend à d'autres variantes de réalisation.

Différents modèles géométriques peuvent être utilisés selon l'invention. Il est ainsi possible d'utiliser un modèle non homogène de Poisson-Voronoi et, de manière plus générale, des modèles géométriques non homogènes ou périodiques.

L Annexe 1

Pour chaque S trouvee de l'equation (1. 2), pour chaque j:

avec x+ est le max(x, 0)

Par exemple pour M 1000, r0 # 1/1000 et #BS < 10 BS/km 2, #M < 100 mobiles /km2:

dans laquelle J(t) = t2la ft~1/a t(et-Ct - 1) dt, et infeo est pris sur B : 0 < J(t) < 1

dans laquelle # = 1. 81 est choisie pour que G(#/3) = 1/2 = 3dB (1. 45)

dans laquelle 0 < 6*1 < 7r/3 < 02 < 7r et 01 + 02 > gir 3 est une famille parametrique de G satisfaisant G(#/3) = 1/2 = 3dB.

2 Annexe 2 #bs = {(Yj)}j#J : la localisation des stations de base dans laquelle Yj la position de la station j ; #m = {(Xi)}i#I : la localisation des clients dans laquelle Xi la position du client i; I : l'ensemble des clients du reseau de télécommunication considère ; #I: nombre de mobiles dans la population I; Ij : l'ensemble des clients desservis par la station j; Ij : pour tout j un sous-ensemble maximal de mobiles tel que #j C Ij (station j supportant l'acces de ces mobiles); J : l'ensemble des stations de base du reseau de télécommunication considère ; Jj : station de base j dans l'ensemble des stations de base du reseau; S : matrice des signaux du reseau; Sl(Y, X) : la puissance du signal dans la position X provenant d'un signal de puissance Semis dans la position Y; Sji : le signal emis par la station j destine au client i; l(Y, X) : l'atténuation du signal lors de son acheminement de la position Y vers la position X Cji : le rapport signal sur bruit (ou interférence) necessaire pour la reception par le client i du signal emis par la station j (fonction du bit rate souhaite qui est donnee par le theoreme de Shannon); Cj : le rapport signal sur bruit (ou interférence) maximal identique pour tous les mobiles de la station j demandant un debit de bits variable; kj : le facteur d'orthogonalite entre les canaux de la station j; [gamma]j : le facteur d'orthogonalite entre les canaux de la station j et l'ensemble des canaux des autres stations; [gamma] : le facteur d'orthogonalite identique pour toutes les stations du reseau ; Wij : le bruit exterieur au reseau transmis au mobile i de la station j; # : facteur permettant de faire en sorte que la puissance d'emission des stations soit plus petite que la puissance maximale de la station; e : frequence spatiale pour laquelle une station rejette des mobiles (0 < E 1); #M : densite spatiale des mobiles dans le reseau;

#BS : densite spatiale des stations dans le reseau; densite spatiale des mobiles dans le reseau; fi : fonction de cout; Pj : puissance pilote emise de la station j; @ Hij : seuil du ratio signal-sur-bruit fonction de #j;
B : largeur de bande du canal CDMA;
Bj : debit de bits assigne pour chaqhe mobile d'une station j; [alpha]j : fraction des mobiles d'une station j demandant un debit de bits fixe;
M : constante @ #ju: azimuth de l'antenne directionnelle u de la station (j, u) dans la position Yj en fonction de l'orientation #j de l'antenne directionnelle u=0 de la station (j,0) dans la position Yj; Xij,u@ mobile i desservi par la station (j,u) dans la position Yj et ayant une antenne directionnelle u;
L(x, y, #ju): atténuation directionnelle du signal entre le mobile x et la station y en fonction de l'azimuth # de l'antenne directionnelle de la station y; G(#) : fonction modele de radiation normalise

Claims

Revendications 1. Procédé d'aide à la gestion d'un réseau de téléphonie sans fil constitué de stations, comportant, pour un mobile donné relevant d'une station: a- le calcul d'une grandeur prenant en compte l'atténuation vis à vis de sa station et l'atténuation vis à vis des stations voisines (103), b- le produit de cette grandeur par une autre grandeur représentant les besoins du mobile vis à vis de sa station (103), c- la sommation de ces produits pour un ensemble donné de mobiles relevant de ladite station (105), d- la comparaison de la somme à un seuil (107).
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape a- comprend la sommation d'un facteur d'orthogonalité entre les canaux de sa station et du produit d'un facteur d'orthogonalité entre les canaux de sa station et les canaux des stations voisines et de la somme de rapports de facteurs d'atténuation de signal entre sa station et les stations voisines.
3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'étape d- comprend la détection d'un état de surcharge de la station en fonction du résultat de la comparaison.
4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, lorsqu'un état de surcharge est détecté à l'étape d- et pour un ensemble de mobiles à demande de débit fixe, l'ensemble donné de mobiles relevant de ladite station est réduit et le procédé est recommencé.
5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, pour un état de non surcharge détecté à l'étape d- pour un ensemble de mobiles à demande de débit fixe, et afin de contrôler l'admission d'un nouveau mobile à demande de débit fixe à la station, les étapes a- à d- sont répétées pour le nouveau mobile et lorsqu'un état de surcharge est détecté à l'étape d-, le mobile n'est pas autorisé à accéder à la station.

<Desc/Clms Page number 38>
6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, pour un ensemble de mobiles à demande de débit fixe, l'étape c- comprend une sommation des produits par étapes, produit après produit, et par ordre croissant des produits.
7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, pour un ensemble de mobiles à demande de débit fixe, l'étape c- comprend une sommation des produits par étapes, produit après produit, et dans un ordre aléatoire des produits.
8. Procédé selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que l'étape d- est répétée après chaque étape de l'étape c-, l'étape d- comprenant le fait que lorsqu'un état de surcharge est détecté, la sommation de l'étape c- est interrompue et les mobiles, dont les produits n'ont pas été sommés, ne sont pas autorisés à accéder à la station.
9. Procédé selon l'une des revendication 5 et 8, caractérisé en ce que l'étape d- comprend pour les mobiles non autorisés à accéder à la station, dl- la ré-allocation de ces mobiles à une station pour laquelle le produit de l'étape b- est le plus faible.
10. Procédé selon l'une des revendication 5 et 8, caractérisé en ce que l'étape d- comprend pour les mobiles non autorisés à accéder à la station, dl- la ré-allocation de ces mobiles à une station pour laquelle la sommation de l'étape c- est la plus faible.
11. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, pour un ensemble de mobiles ayant une demande de débit variable, la grandeur représentant les besoins du mobile vis à vis de la station de l'étape b- est évalué de façon à être environ égale pour chaque mobile de la station et de façon à ce que la comparaison de l'étape d- ne détecte pas d'état de surcharge de la station.
12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que la grandeur représentant les besoins du mobile vis à vis de la station de l'étape b- est évalué à partir de l'évaluation d'un ratio signal-sur-interférence indiquée en 1.18.

<Desc/Clms Page number 39>
13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'à partir du ratio signal-surinterférence indiquée en 1. 18 est calculé le débit alloué à chacun des mobiles ayant une demande de débit variable dans la station.
14. Procédé selon l'une des revendications 1 à 10 prise en combinaison avec l'une des revendications 11 à 13, caractérisé en ce que l'ensemble de mobiles la station comprend un sous-ensemble de mobiles ayant une demande de débit fixe et un sous-ensemble de mobiles ayant une demande de débit variable.
15. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les étapes a- à d- comprennent l'utilisation d'un modèle géométrique pour des paramètres servant à calculer les grandeurs.
16. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que l'étape d- comprend la détermination de la probabilité d'un état de non surcharge pour la station.
17. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que l'étape d- comprend la détermination de la densité maximale de mobiles que chaque station du réseau peut accepter.
18. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que l'étape d- comprend la détermination de la densité minimale de stations de base que le réseau peut accepter.
19. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que l'étape d- comprend la détermination de la probabilité que le mobile placé en un certain endroit obtienne sa communication avec une station.
20. Procédé selon l'une des revendications 16 à 19, caractérisé en ce que la détermination est effectuée par des méthodes d'analyse ou de simulation.
21. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que le modèle géométrique est un modèle de Poisson.

<Desc/Clms Page number 40>
22. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque station comprend une antenne directionnelle et en ce que la grandeur prenant en compte l'atténuation vis à vis des stations voisines de l'étape a- est fonction de facteurs d'atténuation directionnelle du signal.
23. Dispositif d'aide à la gestion d'un réseau de téléphonie sans fil constitué de stations (SB1, SB2), comportant un module (20,24, 23,21) capable d'effectuer pour un mobile donné relevant d'une station: - le calcul d'une grandeur prenant en compte l'atténuation vis à vis de sa station et l'atténuation vis à vis des stations voisines , - le produit de cette grandeur par une autre grandeur représentant les besoins du mobile vis à vis de sa station, - la sommation (SOM(Ij)) de ces produits pour un ensemble donné de mobiles (Ij) relevant de ladite station, - la comparaison de la somme à un seuil (l-ô).
24. Dispositif selon la revendication 23 caractérisé en ce que le calcul comprend la sommation d'un facteur d'orthogonalité (#j) entre les canaux de sa station et du produit d'un facteur d'orthogonalité ([gamma]j) entre les canaux de sa station et les canaux des stations voisines et de la somme (SOMi) de rapports de facteurs d'atténuation de signal entre sa station et les stations voisines.
25. Dispositif selon l'une des revendications 23 et 24, caractérisé en ce que le module est capable de détecter un état de surcharge de la station en fonction du résultat de la comparaison.
26. Dispositif selon l'une des revendications 23 à 25, caractérisé en ce que, lorsqu'un état de surcharge est détecté pour un ensemble de mobiles à demande de débit fixe, le module est capable de réduire l'ensemble donné de mobiles relevant de ladite station et d'effectuer une nouvelle comparaison.
27. Dispositif selon l'une des revendications 23 à 26, caractérisé en ce que, pour un état de non surcharge détecté pour un ensemble de mobiles à demande de débit fixe, et afin de

<Desc/Clms Page number 41>

contrôler l'admission d'un nouveau mobile à demande de débit fixe à la station, le module est capable d'effectuer une nouvelle comparaison en prenant en compte le nouveau mobile et lorsqu'un état de surcharge est détecté, le mobile n'est pas autorisé à accéder à la station.
28. Dispositif selon l'une des revendications 23 à 25, caractérisé en ce que, pour un ensemble de mobiles à demande de débit fixe, la sommation comprend une sommation des produits par étapes, produit après produit, et par ordre croissant des produits.
29. Dispositif selon l'une des revendications 23 à 25, caractérisé en ce que, pour un ensemble de mobiles à demande de débit fixe, la sommation comprend une sommation des produits par étapes, produit après produit, et dans un ordre aléatoire des produits.
30. Dispositif selon l'une des revendications 28 et 29, caractérisé en ce que la comparaison est répétée après chaque sommation d'un produit, la comparaison comprenant le fait que lorsqu'un état de surcharge est détecté, la sommation est interrompue et les mobiles, dont les produits n'ont pas été sommés, ne sont pas autorisés à accéder à la station.
31. Dispositif selon l'une des revendication 27 et 30, caractérisé en ce que le module est capable de ré-allouer à une station donnée les mobiles non autorisés à accéder à la station, la station donnée étant une station pour laquelle le produit est le plus faible.
32. Dispositif selon l'une des revendication 27 et 30, caractérisé en ce que le module est capable de ré-allouer à une station donnée les mobiles non autorisés à accéder à la station, la station donnée étant une station pour laquelle la sommation des produits pour un ensemble donné de mobiles relevant de ladite station est la plus faible.
33. Dispositif selon l'une des revendications 23 à 25, caractérisé en ce que, pour un ensemble de mobiles ayant une demande de débit variable, la grandeur représentant les besoins du mobile vis à vis de la station est évalué de façon à être environ égale pour chaque mobile de la station et de façon à ce que la comparaison ne détecte pas d'état de surcharge de la station.

<Desc/Clms Page number 42>
34. Dispositif selon la revendication 33, caractérisé en ce que la grandeur représentant les besoins du mobile vis à vis de la station est évalué à partir de l'évaluation d'un ratio signalsur-interférence indiquée en 1.18.
35. Dispositif selon la revendication 34, caractérisé en ce qu'à partir du ratio signal-surinterférence indiquée en 1. 18 est calculé le débit alloué à chacun des mobiles ayant une demande de débit variable dans la station.
36. Dispositif selon l'une des revendications 23 à 33 prise en combinaison avec l'une des revendications 34 à 36, caractérisé en ce que l'ensemble de mobiles la station comprend un sous-ensemble de mobiles ayant une demande de débit fixe et un sous-ensemble de mobiles ayant une demande de débit variable.
37. Dispositif selon l'une des revendications 23 à 36, caractérisé en ce que le module est capable d'utiliser un modèle géométrique pour des paramètres servant à calculer les grandeurs.
38. Dispositif selon la revendication 37, caractérisé en ce que le module est capable de déterminer la probabilité d'un état de non surcharge pour la station.
39. Dispositif selon la revendication 37, caractérisé en ce que le module est capable de déterminer la densité maximale de mobiles que chaque station du réseau peut accepter.
40. Dispositif selon la revendication 37, caractérisé en ce que le module est capable de déterminer la densité minimale de stations de base que le réseau peut accepter.
41. Dispositif selon la revendication 38, caractérisé en ce que le module est capable de déterminer la probabilité que le mobile placé en un certain endroit obtienne sa communication avec une station.
42. Dispositif selon l'une des revendications 38 à 41, caractérisé en ce que la détermination est effectuée par des méthodes d'analyse ou de simulation.

<Desc/Clms Page number 43>
43. Dispositif selon la revendication 37, caractérisé en ce que le modèle géométrique est un modèle de Poisson.
44. Dispositif selon l'une des revendications 23 à 43, caractérisé en ce que chaque station comprend une antenne directionnelle et en ce que la grandeur prenant en compte l'atténuation vis à vis des stations voisines est fonction de facteurs d'atténuation directionnelle du signal.