FR2990316A1

FR2990316A1 - Procede de pre-codage et d'allocation de puissance conjoints pour un systeme de transmission en presence d'interferences

Info

Publication number: FR2990316A1
Application number: FR1254153A
Authority: FR
Inventors: Hajer Khanfir; Chian-Lin Wu
Original assignee: France Telecom SA
Current assignee: Orange SA
Priority date: 2012-05-04
Filing date: 2012-05-04
Publication date: 2013-11-08
Also published as: WO2013164553A1

Abstract

L'invention comprend un procédé de réduction d'interférence, l'interférence étant générée par une pluralité de cellules contrôlée par une station de base de rattachement à laquelle est rattachée une pluralité de premiers terminaux aptes à communiquer avec la station de base de rattachement par l'intermédiaire d'une pluralité de canaux de transmission, l'interférence agissant sur une pluralité de deuxièmes terminaux rattachés à au moins une station de base voisine, dite station de base interférée, le procédé étant mis en oeuvre par la station de base de rattachement et comprenant des étapes de : . réception, en provenance des terminaux de la pluralité de premiers terminaux, d'une information comprenant une estimation du canal de transmission entre un terminal et ladite station de base de rattachement, . réception, en provenance d'au moins une station de base interférée, d'au moins un message de demande de réduction d'interférence comprenant au moins une estimation d'un canal d'interférence généré par la station de base de rattachement sur un terminal de la pluralité de deuxièmes terminaux, . calcul de caractéristiques d'un faisceau d'émission de données de la station de base de rattachement vers la pluralité de premiers terminaux, à l'aide des estimations de canal de transmission et de ladite moins une estimation de canal d'interférence reçues, le calcul minimisant l'énergie dudit au moins un canal d'interférence correspondant à ladite moins une estimation de canal d'interférence reçue, sous une contrainte de qualité de service minimum pour lesdits terminaux de la pluralité de premiers terminaux.

Description

Procédé de pré-codage et d'allocation de puissance conjoints pour un système de transmission en présence d'interférences 1. Domaine de l'invention Le domaine de l'invention est celui des radiocommunications sans-fil et des terminaux mobiles, et plus particulièrement celui de la réduction des interférences intercellulaires. 2. Etat de la technique antérieure Le territoire couvert par un système de télécommunications mobiles est découpé en cellules. Un terminal mobile se trouvant sur ce territoire est attaché à une seule de ces cellules, par un canal de transmission utilisant un spectre de fréquences entre ses antennes et celles de sa cellule. La cellule génère de façon coordonnée les spectres de fréquences vers tous les terminaux qui lui sont attachés. Cependant, un terminal peut être gêné par l'effet d'un canal d'interférence, c'est-à-dire un autre canal de transmission généré par le spectre de fréquences entre les antennes d'un autre terminal, voisin, et les antennes d'une autre cellule.

On désigne par canal, canal de transmission ou canal d'interférence, entre un élément émetteur et un élément récepteur la réponse fréquentielle du récepteur à un spectre fréquentiel déterminé émis par l'émetteur. Comme une cellule est équipée de plusieurs antennes et qu'elle transmet des données vers plusieurs terminaux en même temps, les coefficients de ses antennes doivent être calculés de manière à séparer spatialement les données des utilisateurs, afin de réduire les interférences entre les terminaux récepteurs. Ces coefficients forment ce qui est appelé un vecteur de précodage (si les terminaux ne possèdent qu'une antenne chacun) ou une matrice de précodage (si les terminaux possèdent plus d'une antenne chacun). De plus, une cellule dispose d'un budget de puissance qu'elle peut répartir sur ses antennes de façon variable. Le vecteur de précodage et les puissances allouées aux antennes forment les caractéristiques du faisceau d'émission de données de la cellule (communément appelé "beam" en anglais).

Pour un cycle d'émission de données, une cellule sait donc calculer le faisceau d'émission de données vers les terminaux qui sont planifiés pour ce cycle, sans qu'il n'y ait d'interférence entre eux. Malheureusement, ce faisceau peut générer une interférence pour un terminal attaché à une autre cellule, et, réciproquement, le faisceau d'une autre cellule peut générer une interférence pour un terminal attaché à la cellule. Ces interférences sont particulièrement fortes et gênantes lorsque les cellules sont voisines et proches les unes des autres, comme c'est le cas en zone urbaine, ou lorsque les terminaux se trouvent en limite de cellule. L'interférence intercellulaire est la cause principale limitant l'efficacité spectrale des systèmes de télécommunication mobiles.

Dans la technique enseignée par Dahrouj (IEEE Trans. Wireless Commun., vol 9 no 5, pp 1748-1759, Mai 2010) toutes les cellules d'un réseau coordonnent entre elles la construction des faisceaux afin de réduire les interférences intercellulaires. Plus exactement, cette technique minimise la puissance totale de transmission des antennes de toutes les cellules, tout en maintenant, pour les signaux de transmission entre les terminaux et leurs cellules respectives, le rapport entre signal et interférence plus bruit (SINR, pour "signal to interference plus noise ratio", en anglais) au dessus de seuils propres à chaque terminal. Le SINR nécessite l'estimation, par chacun des terminaux, non seulement du canal entre ses antennes et celles de sa cellule d'attachement (appelé canal de transmission), mais aussi des canaux entre ses antennes et les antennes de chacune des autres cellules (appelés canaux d'interférence). Ces estimations, accompagnées des identifiants de cellules concernées, sont appelées CSI (Channel State Information en anglais), et doivent être échangées de façon synchronisée entre les cellules, soit directement par des liens suffisamment dimensionnés entre elles, soit indirectement par des liens avec un contrôleur central, ce qui exigerait de modifier l'architecture actuelle. Dans un réseau mobile urbain, le nombre de cellules est de l'ordre de plusieurs centaines. La quantité d'information représentée par les échanges de CSI entre toutes les cellules exigerait un redimensionnement des liens intercellulaires qui sont dédiés principalement à la gestion de la mobilité des terminaux entre cellules, et prévus pour être de capacité limitée afin de limiter le coût des infrastructures. De plus, ces échanges de CSI supposent une synchronisation parfaite des cycles d'émission d'une cellule avec toutes les autres cellules et avec tous les terminaux quelle que soit leur cellule d'attachement, ce qui devient irréalisable pour un grand nombre de cellules et de terminaux. Il existe donc un besoin d'une solution ne présentant pas ces inconvénients. 3. Exposé de l'invention L'invention vient améliorer la situation à l'aide d'un procédé de réduction d'interférence, l'interférence étant générée par une pluralité de cellules contrôlée par une station de base de rattachement à laquelle est rattachée une pluralité de premiers terminaux aptes à communiquer avec la station de base de rattachement par l'intermédiaire d'une pluralité de canaux de transmission, l'interférence agissant sur une pluralité de deuxièmes terminaux rattachés à au moins une station de base voisine, dite station de base interférée, le procédé étant mis en oeuvre par la station de base de rattachement et comprenant des étapes de : - réception, en provenance des terminaux de la pluralité de premiers terminaux, d'une information comprenant une estimation du canal de transmission entre un terminal et ladite station de base de rattachement, - réception, en provenance d'au moins une station de base interférée, d'au moins un message de demande de réduction d'interférence comprenant au moins une estimation d'un canal d'interférence généré par la station de base de rattachement sur un terminal de la pluralité de deuxièmes terminaux, - calcul de caractéristiques d'un faisceau d'émission de données de la station de base de rattachement vers la pluralité de premiers terminaux, à l'aide des estimations de canal de transmission et de ladite moins une estimation de canal d'interférence reçues, le calcul minimisant l'énergie dudit au moins un canal d'interférence correspondant à ladite moins une estimation de canal d'interférence reçue, sous une contrainte de qualité de service minimum pour lesdits terminaux de la pluralité de premiers terminaux.

Dans un système de télécommunications mobiles découpé en cellules, les cellules sont organisées en groupes appelés "clusters", chaque cluster comportant un nombre N de cellules, et étant contrôlé par une station de base. Par "pluralité de terminaux" on désigne soit tous les terminaux rattachés à une station de base, soit le sous-ensemble de ces terminaux qui est programmé pour être inclus (ou "schedulé", de l'anglais "scheduled") par la station de base dans le cycle courant de formation d'un faisceau d'émission de données ("beam" en anglais). Dans la suite du document on considère que les terminaux mentionnés sont "schedulés" par leur station de base respective, et que l'invention n'implique pas de recourir à des modifications du "scheduling" pour réduire les interférences. Préalablement à formation du faisceau, il est connu qu'une station de base reçoive de chacun des terminaux qui lui sont rattachés une estimation du canal de transmission entre station de base et terminal. Le procédé de réduction d'interférence permet à une station de base de recevoir des "plaintes" de la part d'autres stations de base (sous la forme d'estimations de canaux d'interférence), et de les prendre en compte dans des caractéristiques du faisceau d'émission de données, calculées pour réduire ou éliminer les interférences ayant fait l'objet desdites plaintes. En gérant au niveau des clusters, plutôt que des cellules, les échanges de demandes de réduction d'interférence, le procédé de réduction d'interférence divise 30 d'un facteur N2 le nombre de demandes échangées dans le réseau, et donc d'un même facteur le volume des informations correspondantes échangées sur des liens entre stations de base. De plus, les identifiants de stations de base, implicitement compris dans les messages échangés, sont moins longs que les identifiants de cellules (typiquement 16 bits dans l'architecture LIE), car, étant moins nombreux, ils peuvent être codés sur moins de bits (donc moins de 16 bits). D'autre part, l'étape de calcul du procédé selon l'invention réalise une optimisation visant à maintenir à un niveau acceptable la qualité de service des terminaux attachés à la station de base, tout en minimisant l'énergie des canaux d'interférence vers les terminaux attachés à des stations de base émettrices de demandes de réduction d'interférence. Ceci diffère de la technique antérieure, où l'énergie des canaux d'interférence n'est pas minimisée. De plus, comme le nombre de canaux d'interférence à prendre en compte dépend du nombre de stations de base et non, comme dans la technique antérieure, du nombre de cellules dans le réseau qui est N fois plus élevé, l'étape de calcul en est simplifiée en terme de nombre d'opérations. Aussi, une synchronisation parfaite est certes nécessaire entre les stations de base, ainsi qu'entre chaque station de base et les cellules de son cluster, mais elle n'est pas nécessaire entre toutes les cellules du réseau, contrairement à la technique antérieure. Les équipements à synchroniser sont donc reliés par des liens non seulement moins nombreux, mais ce sont des liens à capacité plus forte que les liens entre cellules de clusters différents, ce qui facilite la synchronisation. Selon un aspect de l'invention, l'au moins une estimation de canal d'interférence prise en compte dans l'étape de calcul est sélectionnée selon un critère prédéterminé relatif au degré d'interférence. Avantageusement, si l'étape de calcul ne retient, parmi les messages de demande de réduction d'interférence reçus, que la ou les estimations de canal d'interférence présentant la plus grande énergie, le problème d'optimisation est encore simplifié, et converge encore plus rapidement vers son résultat. Selon une variante, la station de base peut sélectionner les 2, 3, ou N estimations de canal d'interférence les plus gênantes. Alternativement, la station de base peut aussi sélectionner des estimations de canal d'interférence sur la base de la réciprocité des messages de plainte avec les autres stations de base Selon un aspect de l'invention, l'étape de calcul minimise en outre l'énergie des canaux de transmission correspondant aux estimations de canal de transmission reçues, selon l'équation suivante: Nc min aW I +1(ht,c)Hht,c W1,1 c=1 sous la contrainte de qualité de service minimum, exprimée en termes de rapport entre signal et interférence plus bruit (SINR), selon l'équation suivante : 11/1/1ihtij12 SINRi 1, ,, ,j = Vi,j +ENIn#irric1Wenhm,i,j12 + - VITi,j représentant le vecteur de précodage pour le terminal jde la cellule - a, représentant les puissances allouées aux antennes de la cellule i, - 17.1,1,1 représentant l'estimation du canal de transmission de la cellule /sur "son" terminal j, - hmi,j représentant l'estimation du canal d'interférence de la cellule m sur le terminal jde la cellule i, - yi,j représentant un seuil au dessus duquel le SINR du terminal i de la cellule j doit être maintenu afin de garantir une qualité de service acceptable pour ce terminal, - et u2 étant la variance du bruit, identique pour tous les terminaux.

Le terme Ei,j W représente la puissance totale de transmission des cellules du cluster c. Le terme (EN,fi(hii,c)11 hli,c)WQ représente l'interférence créée par la cellule /sur des cellules n'appartenant pas au cluster c. Avantageusement, l'expression du calcul du vecteur de précodage et des puissances de la façon qui vient d'être décrite permet de recourir à une méthode de résolution itérative et rapidement convergente, telle que la méthode dite de la dualité de Lagrange.

Cette étape de calcul est généralisable au cas multi-antennes à la réception, c'est-à-dire où les terminaux possèdent plus d'une antenne. Les vecteurs h111 et hm,i,j sont dans ce cas remplacés par des matrices 1-11,1,1 et Hmi,j de dimension Nr (nombre d'antennes des terminaux) en lignes et Nt (nombre d'antennes par cluster) en colonnes.

Les différents aspects de l'invention qui viennent d'être décrits pourront être mis en oeuvre indépendamment les uns es autres ou en combinaison les uns avec les autres. L'invention concerne aussi un procédé de demande de réduction d'interférence, l'interférence étant générée par des cellules contrôlées par au moins une station de base voisine, dite station de base interférante, l'interférence agissant sur une pluralité de terminaux rattachés à une station de base de rattachement, le procédé étant mis en oeuvre par la station de base de rattachement et comprenant des étapes de: - réception, en provenance d'au moins un de la pluralité de terminaux, d'une information comprenant au moins une estimation de canal d'interférence entre ledit terminal et une station de base interférante, et au moins un identifiant de station de base interférante, - sélection d'au moins une estimation de canal d'interférence selon un critère prédéterminé, - émission, vers au moins une station de base interférante, d'un message de demande de réduction d'interférence comprenant l'au moins une estimation de canal d'interférence sélectionnée. Le procédé de demande de réduction d'interférence permet à une station de base de se "plaindre" à une ou plusieurs autres stations de base lorsqu'elles gênent les terminaux attachés aux cellules de son cluster. Comme la station de base ne reçoit d'informations que des terminaux attachés aux cellules de son propre cluster, les liens entre stations de base ne sont pas impactés par le transport de ces informations, contrairement à la technique antérieure.

En sélectionnant le ou les canaux d'interférence qui, par exemple interfèrent le plus, moins de messages de demande de réduction sont émis sur les liens entre stations de base, contrairement à la technique antérieure où tous les canaux d'interférences reçus sont retenus. Alternativement, la station de base peut aussi sélectionner des estimations de canal d'interférence sur la base de la réciprocité des messages de plainte avec les autres stations de base. L'invention concerne aussi un procédé d'estimation de canaux entre un terminal et un ensemble de stations de base comprenant une station de base de rattachement à laquelle le terminal est rattaché, et des stations de base voisines, dites stations de base interférantes, dont les cellules générent de l'interférence sur le terminal, le procédé étant mis en oeuvre dans le terminal et comprenant les étapes suivantes: - estimation du canal de transmission entre le terminal et la station de base de rattachement, - estimation d'au moins un canal d'interférence entre le terminal et au moins une station de base interférante, - sélection d'au moins un canal d'interférence estimé, selon un critère prédéterminé relatif au degré d'interférence, - émission, vers la station de base de rattachement, d'une information comprenant une estimation de canal de transmission entre le terminal et la station de base de rattachement, au moins une estimation de canal d'interférence sélectionnée, et au moins un identifiant de la station de base interférante.

Le procédé d'estimation de canaux permet à un terminal de se "plaindre" à la station de base de son cluster lorsqu'une ou plusieurs autres stations de base le gênent. En sélectionnant le ou les canaux d'interférence qui, par exemple l'interfèrent le plus, le lien entre le terminal et sa station de base de rattachement est moins chargé.

Comme le terminal n'émet des informations que vers sa station de base, contrairement à la technique antérieure, les liens entre stations de base ne sont pas impactés par le transport des informations. L'invention concerne également un dispositif de réduction d'interférence, l'interférence étant générée par une pluralité de cellules contrôlée par une station de base de rattachement à laquelle est rattachée une pluralité de premiers terminaux aptes à communiquer avec la station de base de rattachement par l'intermédiaire d'une pluralité de canaux de transmission, l'interférence agissant sur une pluralité de deuxièmes terminaux rattachés à au moins une station de base voisine, dite station de base interférée, le dispositif étant mis en oeuvre par la station de base de rattachement et comprenant des moyens de : - réception, en provenance des terminaux de la pluralité de premiers terminaux, d'une information comprenant une estimation du canal de transmission entre un terminal et ladite station de base de rattachement, - réception, en provenance d'au moins une station de base interférée, d'au moins un message de demande de réduction d'interférence comprenant au moins une estimation d'un canal d'interférence généré par la station de base de rattachement sur un terminal de la pluralité de deuxièmes terminaux, - calcul de caractéristiques d'un faisceau d'émission de données de la station de base de rattachement vers la pluralité de premiers terminaux, à l'aide des estimations de canal de transmission et de ladite moins une estimation de canal d'interférence reçues, le calcul minimisant l'énergie dudit au moins un canal d'interférence correspondant à ladite moins une estimation de canal d'interférence reçue, sous une contrainte de qualité de service minimum pour lesdits terminaux de la pluralité de premiers terminaux. L'invention concerne aussi un dispositif de demande de réduction d'interférence, l'interférence étant générée par des cellules contrôlées par au moins une station de base voisine, dite station de base interférante, l'interférence agissant sur une pluralité de terminaux rattachés à une station de base de rattachement, le dispositif étant mis en oeuvre par la station de base de rattachement et comprenant des moyens de: - réception, en provenance d'au moins un de la pluralité de terminaux, d'une information comprenant au moins une estimation de canal d'interférence entre ledit terminal et une station de base interférante, et au moins un identifiant de station de base interférante, - sélection d'au moins une estimation de canal d'interférence selon un critère prédéterminé, - émission, vers au moins une station de base interférante, d'un message de demande de réduction d'interférence comprenant l'au moins une estimation de canal d'interférence sélectionnée. L'invention concerne de plus un dispositif d'estimation de canaux entre un terminal et un ensemble de stations de base comprenant une station de base de rattachement à laquelle le terminal est rattaché, et des stations de base voisines, dites stations de base interférantes, dont les cellules générent de l'interférence sur le terminal, le dispositif étant mis en oeuvre dans le terminal et comprenant les moyens suivants: - estimation du canal de transmission entre le terminal et la station de base de rattachement, - estimation d'au moins un canal d'interférence entre le terminal et au moins une station de base interférante, - sélection d'au moins un canal d'interférence estimé, selon un critère prédéterminé relatif au degré d'interférence, - émission, vers la station de base de rattachement, d'une information comprenant une estimation de canal de transmission entre le terminal et la station de base de rattachement, au moins une estimation de canal d'interférence sélectionnée, et au moins un identifiant de la station de base interférante.

L'invention concerne également une station de base apte à recevoir, en provenance d'une pluralité de terminaux qui lui sont rattachés, des estimations de canal de transmission entre elle-même et ces dits terminaux, comprenant un dispositif de réduction d'interférence selon l'invention et un dispositif de demande de réduction d'interférence selon l'invention.

L'invention concerne aussi un terminal mobile apte à estimer des canaux respectivement de transmission et d'interférence entre lui-même et respectivement une station de base de rattachement et d'autres stations de base, comprenant un dispositif d'estimation de canaux selon l'invention.

L'invention concerne de plus un système de réduction d'interférence comprenant au moins une station de base selon l'invention et au moins un terminal mobile selon l'invention.

L'invention concerne également un programme d'ordinateur comprenant des instructions pour la mise en oeuvre d'un procédé de réduction d'interférence selon l'invention, lorsque ce programme et exécuté par un processeur. L'invention concerne aussi un programme d'ordinateur comprenant des instructions pour la mise en oeuvre d'un procédé de demande de réduction d'interférence selon l'invention, lorsque ce programme et exécuté par un processeur. L'invention concerne enfin un programme d'ordinateur comprenant des instructions pour la mise en oeuvre d'un procédé d'estimation de canaux selon l'invention, lorsque ce programme et exécuté par un processeur. Ces programmes, stockés sur un support lisible par ordinateur, peuvent utiliser n'importe quel langage de programmation, et être sous la forme de code source, code objet, ou de code intermédiaire entre code source et code objet, tel que dans une forme partiellement compilée, ou dans n'importe quelle autre forme souhaitable. 4. Présentation des figures D'autre avantages et caractéristiques de l'invention apparaitront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation particulier de l'invention, donné à titre de simple exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés, parmi lesquels : la figure 1 représente un exemple d'architecture d'un réseau mobile selon l'invention, la figure 2 illustre de façon schématique les étapes du procédé d'estimation de canaux, selon un mode de réalisation de l'invention, la figure 3 illustre de façon schématique les étapes du procédé de demande de réduction d'interférence, selon un mode de réalisation de l'invention, la figure 4 illustre de façon schématique les étapes du procédé de réduction d'interférence, selon un mode de réalisation de l'invention, la figure 5 représente de façon schématique un exemple de structure d'un dispositif de réduction d'interférence selon un aspect de l'invention, la figure 6 représente de façon schématique un exemple de structure d'un dispositif de demande de réduction d'interférence selon un aspect de l'invention, - la figure 7 représente de façon schématique un exemple de structure d'un dispositif d'estimation de canaux selon un aspect de l'invention. 5. Description détaillée d'au moins un mode de réalisation de l'invention Dans la suite de la description, on considère le cas d'un mode de réalisation de l'invention dans une architecture LIE (en anglais Long Term Evolution, norme du 3GPP, 3rd Generation Partnership Project), mais l'invention s'étend à d'autres types d'architecture de réseau mobiles, tels que par exemple, l'architecture GSM. La figure 1 représente un exemple d'architecture d'un réseau mobile selon l'invention. Dans cet exemple, le réseau mobile est composé de 6 cellules réparties dans 2 clusters. Les 3 cellules Ci , 02 et 03 forment un cluster contrôlé par la station de base BS1. Les 3 cellules 04, 05 et 06 forment un cluster contrôlé par la station de base BS2. Chacune des stations de base intègre à la fois: un dispositif de réduction d'interférence mettant en oeuvre les étapes du procédé de réduction d'interférence selon l'invention, décrites en relation avec la figure 4, et un dispositif de demande de réduction d'interférence mettant en oeuvre les étapes du procédé de demande de réduction d'interférence selon l'invention, décrites en relation avec la figure 3. Egalement dans cet exemple, le terminal UE, est rattaché à la cellule 02 contrôlée par la station de base BS1. Le terminal UE2 est rattaché à la cellule 04 contrôlée par la station de base BS2. Chacun des terminaux intègre un dispositif d'estimation de canaux mettant en oeuvre les étapes du procédé d'estimation de canaux selon l'invention, décrites en relation avec la figure 2. Les canaux de transmission sont représentés dans la figure par des traits pleins, et leurs estimations par h2,2,1 et h4,4,2. Les canaux d'interférence sont représentés dans la figure par des traits pointillés, et leurs estimations par h4,2,1 et h3,4,2 Le terminal UE, (resp. UE2) remonte vers sa station de base BS1 (resp. BS2) une information EST2,1 (resp. EST4,2) comprenant l'estimation de son canal de transmission h2,2,1 (resp. h 4,4,2) , une estimation d'un canal d'interférence qui le gêne, h421 (resp. h342) ainsi que l'identifiant de la station de base à l'origine de l'interférence, BS2 (resp. SS1) Ensuite, la station de base BS, (resp. BS2) envoie à la station de base BS2 (resp. BS1) un message de demande de réduction d'interférence CM P1,2 (resp. CM P2,1) comprenant une estimation de canal d'interférence 114,2,1 (resp. h3,4,2) qui gêne un de ses terminaux. Finalement, la station de base BS, (resp. B52) prend en compte l'estimation du canal de transmission h2,2,1 (resp. 114,4,2), et l'estimation du canal d'interférence 114,2,1 (resp. h342) dans le calcul des caractéristiques de son faisceau d'émission de données vers ses terminaux. La figure 2 illustre de façon schématique les étapes du procédé d'estimation de canaux, selon un mode de réalisation de l'invention. Les étapes de ce procédé sont mises en oeuvre dans les terminaux mobiles du réseau. Lors d'une étape 11, un terminal UE estime le canal de transmission ht entre ses antennes et les antennes de la station de base à laquelle il est attaché.

En se référant à l'exemple de la figure 1 et au terminal UE1, il estime le canal de transmission h2,2,1- Lors d'une étape 12, ce terminal UE estime les canaux d'interférence h, entre ses antennes et les antennes des autres stations de base. En se référant à l'exemple de la figure 1 et au terminal UE1, il estime le canal d'interférence 114,2,1 - Lors d'une étape 13, le terminal UE peut opérer une sélection sur les h, estimés, afin de ne pas surcharger la voie montante du lien entre terminal et station de base, et afin de simplifier les opérations subséquentes. Avantageusement, il sélectionne l'interférence qui le gène le plus, c'est-à-dire l'estimation de canal d'interférence ayant la plus grande énergie.

En se référant à l'exemple de la figure 1 et au terminal UE1, aucune sélection n'est effectuée puisque un seul canal d'interférence a été estimé, 114,2,1. Lors d'une étape 14, le terminal UE émet vers sa station de base l'estimation de son canal de transmission ht , les estimations sélectionnées des canaux d'interférence h, ainsi que les identifiants des stations de base à l'origine de ces interférences. En se référant à l'exemple de la figure 1 et au terminal UE1, il émet vers la station de base BS, une information EST2,1 comprenant l'estimation du canal de transmission h2,2,1 , l'estimation du canal d'interférence h4,2,1 , et l'identifiant de BS2 car c'est une cellule de cette station de base qui est à l'origine de l'interférence représentée par 114,2,1 La figure 3 illustre de façon schématique les étapes du procédé de demande de réduction d'interférence, selon un mode de réalisation de l'invention. Les étapes de ce procédé sont mises en oeuvre dans les stations de base du réseau. Elles sont décrites dans ce qui suit pour une de ces stations de base. Lors d'une étape 21 suivant l'étape 14, la station de base reçoit de la part d'un terminal qui lui est attaché des estimations sélectionnées de canaux d'interférence h, ainsi que les identifiants des stations de base à l'origine de ces interférences. En se référant à l'exemple de la figure 1 et à la station de base B51, elle reçoit du terminal UE1 l'estimation h4,2,1 ainsi que l'identifiant de B52. Lors d'une étape 22, la station de base peut opérer une sélection sur les estimations d'interférence h, reçues, afin de ne pas surcharger les liens entre stations de base, et afin de simplifier les opérations subséquentes. Avantageusement, elle sélectionne l'estimation d'interférence ayant la plus grande énergie, donc apportant la plus grande gêne pour ses terminaux. Alternativement, elle peut sélectionner les 2, 3, ou N plus gênantes. Alternativement, elle peut aussi sélectionner sur un critère de réciprocité de plainte entre stations de base. En se référant à l'exemple de la figure 1 et à la station de base B51, une seule estimation d'interférence h4,2,1 a été remontée par un terminal à B51, donc aucune sélection n'est effectuée. Si d'autres terminaux rattachés à BS, lui avaient remonté des estimations d'interférence, ou si UE lui avait remontés plusieurs estimations d'interférence, cette étape aurait permis de n'en sélectionner qu'une seule, ou certaines d'entre elles. Lors d'une étape 23, la station de base envoie un message de demande de réduction d'interférence, ce qui peut être considéré comme une "plainte", aux stations de base à l'origine des h, sélectionnés. Chacune des "plaintes" comprend une estimation de canal h, et est envoyée à la station de base à l'origine de l'interférence. En se référant à l'exemple de la figure 1 et à la station de base BS1, elle envoie à BS2 une "plainte" CMP1,2 comprenant h4,2,1.

La figure 4 illustre de façon schématique les étapes du procédé de réduction d'interférence, selon un mode de réalisation de l'invention. Les étapes de ce procédé sont mises en oeuvre dans les stations de base du réseau. Elles sont décrites dans ce qui suit pour une de ces stations de base.

Lors d'une étape 31 suivant l'étape 14, la station de base reçoit de la part des terminaux qui lui sont attachés l'estimation de leur canal de transmission ht respectif. En se référant à l'exemple de la figure 1 et à la station de base BS1, elle reçoit du terminal UE, l'estimation h2,2,1. Lors d'une étape 32 suivant l'étape 23, et en parallèle avec l'étape 31, la station de base reçoit de la part d'au moins une autre station de base un message de demande de réduction d'interférence, ou comme désigné plus haut, une "plainte", comprenant au moins une estimation de canal d'interférence h, , ayant pour origine la station de base. En se référant à l'exemple de la figure 1 et à la station de base BS1, elle reçoit de la station de base BS2 une plainte CMP2,1 comprenant l'estimation h3A2. Lors d'une étape 33, la station de base peut opérer une sélection sur les "plaintes" reçues, c'est-à-dire sur les estimations d'interférence h, reçues, afin de simplifier les opérations subséquentes. Avantageusement, elle sélectionne l'estimation d'interférence ayant la plus grande énergie, donc apportant la plus grande gêne pour les stations de base plaignantes. Alternativement, elle peut sélectionner les 2, 3, ou N plus gênantes. Alternativement, elle peut aussi sélectionner sur un critère de réciprocité de plainte entre stations de base. Lors d'une étape 34 suivant les étapes 31 et 33, la station de base calcule les caractéristiques du faisceau d'émission de données vers ses terminaux, à l'aide des estimations de canal de transmission ht et des estimations de canal d'interférence Ji sélectionnées. L'étape 34 est décrite plus en détail dans ce qui suit. Les caractéristiques calculées lors de l'étape 34 sont le vecteur de précodage Wet les puissances a, allouées aux antennes des cellules de la station de base. Elles sont calculées en minimisant : min aW I +1(iii)HgcWj (1) c=1 tout en maintenant une qualité de service pour chaque terminal au-dessus d'un seuil propre à chaque terminal, cette qualité de service étant mesurée par le SINR : SINRQ = (2) ,012 + o-2 Ce problème d'optimisation est résolu en recourant à la méthode dite de la dualité de Lagrange, qui consiste à soustraire de la fonction (1) la fonction (2) affectée d'un multiplicateur dit de Lagrange Ài,j : 20 min L j) c mina1W1 I (hh w1,1 c=1 K - j I 11/111kili2 YL,J k#1 N K - II1W11 m LJ ,nhm,, 2 « - a2 i n L'expression (3) peut s'écrire sous la forme: min L(W11,À0) = ( min 1 Ài -0- /2 abwid,hi/c . , 0 N c -Elle ail + a1 - 1 + -1 Y c=1 ) + / Àmniti,m,nhtl,m,n W1,1 m,n Résoudre (4) revient à dériver le second terme selon les vecteurs de précodage : ( Nc 1 H ail + aiI(iiii,c)11L. - (1 + - + À h- htl )VII- - = 0 l'i YL,J L,L,J m,n t,m,n t,m,n L,J c=1 m,n Nc 1 (ail + a1I(14,c)11 hlix + 1 ilmniti,m,nhtl,m,n) Wi = (1 + c=1 m,n YL,J = (1+)htl- J -(a il +ai C-1 (h1,Cl- )11 hC -FEmA Â.m,nhi,m,nm,n)-1 hijd yo 1 r, (5) (3) (4) Pour trouver les valeurs optimales des puissances sur les canaux montants, il suffit d'avoir les matrices de covariance des canaux hj,m,n des cellules m du même cluster C et les matrices de covariance des canaux ht,c interférant les autres clusters. Ces derniers constituent la seule information dont a besoin la station de base pour calculer les valeurs des puissances sur les canaux montants. A partir de l'équation (5) on remarque que Ài,j dépend de Àm,n. En procédant itérativement on peut calculer les puissances à l'itération (t+1) en fonction des puissances à l'itération (t): /l(t+1) - u + a iENcf1(ht,c)11 + Y À h htl c iln,n) 1 hi,i,j Et ce jusqu'à convergence, c'est-à-dire jusqu'à ce que 4t = j+1). On sait aussi de l'équation (5) que les vecteurs de précodage VîTi,j correspondant aux canaux montants, qui maximisent les SINR, sont les vecteurs minimisant l'erreur quadratique moyenne dont l'expression est donnée par: ( -1 Nc = aia21 + aia2I(ht,c)11 ht,c +IÀrn,na2 hi,m,nhlilm,n hi,i,j c=1 m,n 1 La mise à jour des valeurs de puissances et des vecteurs de précodage nécessitent une synchronisation parfaite entre les stations de base, ainsi qu'entre chaque station de base et les cellules de son cluster, mais pas entre toutes les cellules du réseau comme dans la technique antérieure. Les équipements à synchroniser sont donc non seulement moins nombreux, mais ils sont de plus reliés par des liens à capacité plus forte que les liens entre cellules de clusters différents, utilisés dans la technique antérieure, ce qui facilite la synchronisation. Après avoir obtenu les vecteurs de précodage VîTi,j correspondant aux canaux montants, il est aisé d'obtenir par simple multiplication les vecteurs de précodage correspondant aux canaux descendants: pii représentant la puissance transmise par la cellule i au terminal j. Afin de calculer pii, Wii est remplacé par son expression ci-dessus en fonction de 171/ii, dans l'équation (2) exprimant le SINR, avec l'inégalité transformée en égalité. On obtient alors l'équation matricielle suivante: p = F-110-2 avec F = [Fn F11 et P= [Fivt FNN K étant le nombre de terminaux rattachés à la station de base, et N le nombre de cellules dans le cluster de la station de base, et où: Finm si m = i et n = j Yi,j fell,nhiji12 Si M = i et n j -1V-re,r, hm ji12 Si M i La dimension de la matrice Fest (NKxNK) , et puisque le nombre Nde cellules dans le cluster est typiquement de 3 dans l'architecture LIE, le calcul de l'inverse de la matrice F est simple, relativement à celui de la technique antérieure, où le nombre de cellules devant être prises en compte dans les calculs matriciels est de l'ordre de plusieurs centaines, et où tous les terminaux "schedulés" du réseau doivent être pris en compte. En retenant l'hypothèse conservatrice qu'un terminal est "schedulé" par cellule, la taille de la matrice à inverser selon la technique antérieure serait donc au moins de l'ordre de 1000x1000, comparé à 3x3 selon l'invention. Il convient aussi de noter que grâce aux trois étages successifs de sélection que constituent les étapes 13, 22 et 33, la grande majorité des termes en h dans les équations ci-dessus disparaissent, simplifiant substantiellement les calculs de l'étape 34 qui viennent d'être décrits.

En relation avec la figure 5, on présente maintenant un exemple de structure d'un dispositif de réduction d'interférence selon un aspect de l'invention. Un tel dispositif 100 comprend : un module de réception 140, apte à recevoir une estimation de canal de transmission (hi), en provenance d'un terminal, un module de réception 150, apte à recevoir une estimation de canal d'interférence (h,), en provenance d'une station de base, un module d'émission 160, apte à transmettre vers des antennes des caractéristiques de faisceau d'émission de données (W, a). Les estimations de canal de transmission et d'interférence sont traitées par une unité de traitement 130 équipée d'un microprocesseur apte à mettre en oeuvre les moyens constitutifs de l'invention tels que décrits précédemment, en particulier, des moyens de sélection de canal d'interférence et des moyens de calcul de caractéristiques de faisceau d'émission de données. Le dispositif 100 selon l'invention comprend en outre une mémoire 120 dans laquelle est stockée un programme d'ordinateur 110 mettant en oeuvre les étapes du procédé de réduction d'interférence. A l'initialisation, les instructions de code du programme d'ordinateur 110 sont par exemple chargées dans une mémoire RAM, avant d'être exécutées par le processeur de l'unité de traitement 130. Un dispositif 100 peut être intégré dans une station de base.

En relation avec la figure 6, on présente maintenant un exemple de structure d'un dispositif de demande de réduction d'interférence selon un aspect de l'invention. Un tel dispositif 200 comprend : un module de réception 240, apte à recevoir une estimation de canal d'interférence (h,), en provenance d'un terminal, un module d'émission 250, apte à transmettre vers une station de base une estimation de canal d'interférence (h,). Les estimations de canal d'interférence sont traitées par une unité de traitement 230 équipée d'un microprocesseur apte à mettre en oeuvre les moyens constitutifs de l'invention tels que décrits précédemment, en particulier, des moyens de sélection de canal d'interférence. Le dispositif 200 selon l'invention comprend en outre une mémoire 220 dans laquelle est stockée un programme d'ordinateur 210 mettant en oeuvre les étapes du procédé de réduction d'interférence. A l'initialisation, les instructions de code du programme d'ordinateur 210 sont par exemple chargées dans une mémoire RAM, avant d'être exécutées par le processeur de l'unité de traitement 230. Un dispositif 200 peut être intégré dans une station de base. Avantageusement, un dispositif 100 et un dispositif 200 peuvent être intégrés dans une même station de base. En relation avec la figure 7, on présente maintenant un exemple de structure d'un dispositif d'estimation de canaux selon un aspect de l'invention. Un tel dispositif 300 comprend : un module d'émission 340, apte à transmettre vers une station de base une estimation de canal de transmission (hi), et une estimation de canal d'interférence (h,). Les estimations de canal de transmission et d'interférence sont générées par une unité de traitement 330 équipée d'un microprocesseur apte à mettre en oeuvre les moyens constitutifs de l'invention tels que décrits précédemment, en particulier, des moyens de sélection de canal d'interférence. Le dispositif 300 selon l'invention comprend en outre une mémoire 320 dans laquelle est stockée un programme d'ordinateur 310 mettant en oeuvre les étapes du procédé de réduction d'interférence. A l'initialisation, les instructions de code du 30 programme d'ordinateur 310 sont par exemple chargées dans une mémoire RAM, avant d'être exécutées par le processeur de l'unité de traitement 330. Un dispositif 300 peut être intégré dans un terminal mobile. Les exemples de réalisation de l'invention qui viennent d'être présentés ne sont que quelques uns des modes de réalisation envisageables. Ils montrent que l'invention permet de réduire les interférences entre cellules de même cluster ou de clusters différents, sans nécessiter l'augmentation de la capacité des liens entre terminaux, cellules et stations de base, et sans modifier l'architecture du réseau de télécommunication mobiles par l'adjonction d'un contrôleur central.10

Claims

REVENDICATIONS1. Procédé de réduction d'interférence, l'interférence étant générée par une pluralité de cellules contrôlée par une station de base de rattachement à laquelle est rattachée une pluralité de premiers terminaux aptes à communiquer avec la station de base de rattachement par l'intermédiaire d'une pluralité de canaux de transmission, l'interférence agissant sur une pluralité de deuxièmes terminaux rattachés à au moins une station de base voisine, dite station de base interférée, le procédé étant mis en oeuvre par la station de base de rattachement et comprenant une étape de : - réception, en provenance des terminaux de la pluralité de premiers terminaux, d'une information comprenant une estimation du canal de transmission entre un terminal et ladite station de base de rattachement, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre les étapes suivantes: - réception, en provenance d'au moins une station de base interférée, d'au moins un message de demande de réduction d'interférence comprenant au moins une estimation d'un canal d'interférence généré par la station de base de rattachement sur un terminal de la pluralité de deuxièmes terminaux, - calcul de caractéristiques d'un faisceau d'émission de données de la station de base de rattachement vers la pluralité de premiers terminaux, à l'aide des estimations de canal de transmission et de ladite moins une estimation de canal d'interférence reçues, le calcul minimisant l'énergie dudit au moins un canal d'interférence correspondant à ladite moins une estimation de canal d'interférence reçue, sous une contrainte de qualité de service minimum pour lesdits terminaux de la pluralité de premiers terminaux.
2. Procédé de réduction d'interférence selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'au moins une estimation de canal d'interférence prise en compte dans l'étape de calcul est sélectionnée selon un critère prédéterminé relatif au degré d'interférence.30
3. Procédé de réduction d'interférence selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de calcul minimise en outre l'énergie des canaux de transmission correspondant aux estimations de canal de transmission reçues, selon l'équation suivante: min aW I +I(iii)Hhitx Wii c=1 sous la contrainte de qualité de service minimum, exprimée en termes de rapport entre signal et interférence plus bruit (SINR), selon l'équation suivante : E'rvri'Einclwerihni,i,;12 + 0-2 Vi,j - VITi,j représentant le vecteur de précodage pour le terminal jde la cellule - a, représentant les puissances allouées aux antennes de la cellule i, - h111 représentant l'estimation du canal de transmission de la cellule /sur "son" terminal j, - hmi,j représentant l'estimation du canal d'interférence de la cellule m sur le terminal jde la cellule i, - yi,j représentant un seuil au dessus duquel le SINR du terminal i de la cellule j doit être maintenu afin de garantir une qualité de service acceptable pour ce terminal, - et u2 étant la variance du bruit, identique pour tous les terminaux.
4. Procédé de demande de réduction d'interférence, l'interférence étant générée par des cellules contrôlées par au moins une station de base voisine, dite station debase interférante, l'interférence agissant sur une pluralité de terminaux rattachés à une station de base de rattachement, le procédé étant mis en oeuvre par la station de base de rattachement et comprenant une étape de: - réception, en provenance d'au moins un de la pluralité de terminaux, d'une information comprenant au moins une estimation de canal d'interférence entre ledit terminal et une station de base interférante, et au moins un identifiant de station de base interférante, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre les étapes suivantes: - sélection d'au moins une estimation de canal d'interférence selon un critère prédéterminé, - émission, vers au moins une station de base interférante, d'un message de demande de réduction d'interférence comprenant l'au moins une estimation de canal d'interférence sélectionnée.
5. Procédé d'estimation de canaux entre un terminal et un ensemble de stations de base comprenant une station de base de rattachement à laquelle le terminal est rattaché, et des stations de base voisines, dites stations de base interférantes, dont les cellules générent de l'interférence sur le terminal, le procédé étant mis en oeuvre dans le terminal et comprenant les étapes suivantes: - estimation du canal de transmission entre le terminal et la station de base de rattachement, - estimation d'au moins un canal d'interférence entre le terminal et au moins une station de base interférante, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre les étapes suivantes: - sélection d'au moins un canal d'interférence estimé, selon un critère prédéterminé relatif au degré d'interférence, - émission, vers la station de base de rattachement, d'une information comprenant une estimation de canal de transmission entre le terminal et la station de base de rattachement, au moins une estimation de canald'interférence sélectionnée, et au moins un identifiant de la station de base interférante.
6. Dispositif de réduction d'interférence, l'interférence étant générée par une pluralité de cellules contrôlée par une station de base de rattachement à laquelle est rattachée une pluralité de premiers terminaux aptes à communiquer avec la station de base de rattachement par l'intermédiaire d'une pluralité de canaux de transmission, l'interférence agissant sur une pluralité de deuxièmes terminaux rattachés à au moins une station de base voisine, dite station de base interférée, le dispositif étant mis en oeuvre par la station de base de rattachement et comprenant des moyens de : - réception, en provenance des terminaux de la pluralité de premiers terminaux, d'une information comprenant une estimation du canal de transmission entre un terminal et ladite station de base de rattachement, le dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre les moyens suivants: - réception, en provenance d'au moins une station de base interférée, d'au moins un message de demande de réduction d'interférence comprenant au moins une estimation d'un canal d'interférence généré par la station de base de rattachement sur un terminal de la pluralité de deuxièmes terminaux, - calcul de caractéristiques d'un faisceau d'émission de données de la station de base de rattachement vers la pluralité de premiers terminaux, à l'aide des estimations de canal de transmission et de ladite moins une estimation de canal d'interférence reçues, le calcul minimisant l'énergie dudit au moins un canal d'interférence correspondant à ladite moins une estimation de canal d'interférence reçue, sous une contrainte de qualité de service minimum pour lesdits terminaux de la pluralité de premiers terminaux.
7. Dispositif de demande de réduction d'interférence, l'interférence étant générée par des cellules contrôlées par au moins une station de base voisine, dite station de base interférante, l'interférence agissant sur une pluralité de terminaux rattachés à unestation de base de rattachement, le dispositif étant mis en oeuvre par la station de base de rattachement et comprenant des moyens de: - réception, en provenance d'au moins un de la pluralité de terminaux, d'une information comprenant au moins une estimation de canal d'interférence entre ledit terminal et une station de base interférante, et au moins un identifiant de station de base interférante, le dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre les moyens suivants: - sélection d'au moins une estimation de canal d'interférence selon un critère prédéterminé, - émission, vers au moins une station de base interférante, d'un message de demande de réduction d'interférence comprenant l'au moins une estimation de canal d'interférence sélectionnée.
8. Dispositif d'estimation de canaux entre un terminal et un ensemble de stations de base comprenant une station de base de rattachement à laquelle le terminal est rattaché, et des stations de base voisines, dites stations de base interférantes, dont les cellules générent de l'interférence sur le terminal, le dispositif étant mis en oeuvre dans le terminal et comprenant les moyens suivants: - estimation du canal de transmission entre le terminal et la station de base de rattachement, - estimation d'au moins un canal d'interférence entre le terminal et au moins une station de base interférante, le dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre les moyens suivants: - sélection d'au moins un canal d'interférence estimé, selon un critère prédéterminé relatif au degré d'interférence, - émission, vers la station de base de rattachement, d'une information comprenant une estimation de canal de transmission entre le terminal et la station de base de rattachement, au moins une estimation de canal d'interférence sélectionnée, et au moins un identifiant de la station de baseinterférante.
9. Station de base apte à recevoir, en provenance d'une pluralité de terminaux qui lui sont rattachés, des estimations de canal de transmission entre elle-même et ces dits terminaux, caractérisée en ce qu'il comprend un dispositif de réduction d'interférence selon la revendication 6 et un dispositif de demande de réduction d'interférence selon la revendication 7.
10. Terminal mobile apte à estimer des canaux respectivement de transmission et d'interférence entre lui-même et respectivement une station de base de rattachement et d'autres stations de base, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif d'estimation de canaux selon la revendication 8.
11. Système de réduction d'interférence caractérisé en ce qu'il comprend au moins une station de base selon la revendication 9 et au moins un terminal mobile selon la revendication 10.
12. Programme d'ordinateur caractérisé en ce qu'il comprend des instructions pour la mise en oeuvre d'un procédé de réduction d'interférence selon la revendication 1, lorsque ce programme et exécuté par un processeur.
13. Programme d'ordinateur caractérisé en ce qu'il comprend des instructions pour la mise en oeuvre d'un procédé de demande de réduction d'interférence selon la revendication 4, lorsque ce programme et exécuté par un processeur.
14. Programme d'ordinateur caractérisé en ce qu'il comprend des instructions pour la mise en oeuvre d'un procédé d'estimation de canaux selon la revendication 5, lorsque ce programme et exécuté par un processeur. 30