FR3030175A1 - Procede d'association dans un reseau d'acces heterogene, station de base, produit programme d'ordinateur et support d'information correspondants - Google Patents

Abstract

La présente invention se rapporte à un procédé d'association entre un mobile et une station de base d'un réseau d'accès hétérogène comprenant plusieurs stations de base dont une station de base dite macro et des stations de base dites pico. Le mobile peut se connecter à la station de base selon un mode direct ou selon un mode indirect via un autre mobile dit relais. Le procédé comprend : - une sélection (2) pour chacun des deux modes d'une station de base selon un critère de gain de canal montant, - une détermination (3) du débit maximal pour chacun des deux modes à partir de la connaissance des gains de canal et de la puissance maximale des mobiles, - un choix (4) entre les stations de base sélectionnées, de la station de base assurant la meilleure efficacité énergétique sous contrainte de respecter un débit compris entre un débit minimum et un des débits maximums.

Description

1 Procédé d'association dans un réseau d'accès hétérogène, station de base, produit programme d'ordinateur et support d'information correspondants.

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte au domaine des télécommunications. Au sein de ce domaine, l'invention se rapporte plus particulièrement aux réseaux d'accès hétérogènes comprenant des terminaux relais et aux procédés d'association entre un terminal et une station de base du système d'accès hétérogène.

Un réseau d'accès à un système de télécommunication comprend un point d'accès qui fait l'interface entre un terminal et le réseau d'accès. Dans un réseau d'accès cellulaire, parfois dit réseau mobile, le point d'accès est communément appelé station de base. Dans un réseau WiFi, les termes points d'accès sont couramment utilisés. Un réseau d'accès hétérogène (HetNet selon la terminologie anglosaxonne) comprend M cellules pico associées à M stations de base pico qui sont plus ou moins dans la couverture d'une station de base macro. La couverture radio de la station macro est plus large i.e. plus étendue par rapport à celle de chacune des stations pico. Cette différence de couverture radio vient essentiellement d'une différence de puissance émise. Un réseau d'accès hétérogène se distingue d'un réseau d'accès mobile ou fixe de type WiFi comprenant des points d'accès multiples essentiellement par le fait que dans un système hétérogène les stations de base pico ont une puissance d'émission très inférieure à celle de la station de base macro. Ces stations de base pico sont par conséquent des dispositifs beaucoup faciles à déployer sur le terrain que les stations de base macro car elles ne nécessitent pas du tout la même infrastructure. Un terminal mobile qui veut établir une communication avec un destinataire doit être associé à une des stations de base du système d'accès. Un terminal est dit couvert par une station de base qu'elle soit macro ou pico, s'il reçoit le signal émis par cette station. Le système considéré comprend un ou plusieurs terminaux relais, c'est-à-dire capables de relayer une communication d'un terminal vers une station de base ou vers un autre terminal. Le terminal relais est nécessairement couvert par la station de base pour pouvoir servir de relais vers cette station de 30 base. De manière générale, les réseaux d'accès sont confrontés à une demande croissante d'établissements de communication à partir de terminaux qu'ils soient mobiles, fixes ou plus ou moins fixes. L'établissement de ces communications n'est possible que si la capacité du réseau d'accès n'est pas saturée. Pour repousser la limite de la saturation des réseaux d'accès, les opérateurs de 3030175 2 télécommunication considèrent l'utilisation de réseaux d'accès hétérogènes et l'utilisation de technique de relayage. Art antérieur Récemment, il a été proposé [1] d'introduire la notion de communications en direct (D2D Device 5 To Device selon la terminologie anglosaxonne) entre deux terminaux mobiles au sein d'un réseau d'accès. Une paire de terminaux mobiles dits D2D établit ainsi une communication sans passer par la station de base. Ceci nécessite que les deux terminaux soient à proximité l'un de l'autre c'est-à-dire séparés d'une distance inférieure à une distance maximale fonction de la technologie mise en oeuvre pour assurer la transmission et fonction des conditions de propagation. Un terminal mobile D2D, 10 c'est-à-dire apte à établir une communication en direct avec un autre terminal peut tout aussi bien servir de relais entre cet autre terminal et un point d'accès ou éventuellement entre cet autre terminal et un autre terminal La communication se fait alors via différents liens radio, on parle de transmission multi sauts. Une transmission multi sauts peut permettre d'étendre la couverture d'un point d'accès en utilisant un terminal comme relais soit si ce terminal se situe en bordure de la cellule, soit si ce 15 terminal se situe dans une zone qui permet de relayer une communication vers une zone aveugle (shadowing) du point d'accès. La référence [2] s'intéresse à une utilisation optimale du lien radio d'un point de vue énergétique comme alternative à une augmentation inconditionnelle du débit. En effet, les auteurs relèvent que les batteries n'ont pas suivies la même progression technologique que les circuits micro électroniques et 20 que par conséquent il faut considérer l'efficacité énergétique des communications pour optimiser le nombre total de bits transmis par Joule dépensé dans le système d'accès. Les auteurs se placent dans le contexte de systèmes d'accès sans fil avec un partage du spectre entre utilisateurs pour le lien montant basé sur une modulation multi porteuses OFDMA. Ils utilisent un critère d'optimisation de l'efficacité énergétique (U (R)) exprimé par leur équation (6) : 25 U (R) = R (pc+pt(R)) Dans cette expression R est le débit, /3, est la puissance consommée par les circuits d'émission du terminal, /3, est indépendante du débit, et Pt(R) est la puissance émise par le terminal et est fonction du débit R. En considérant un bruit blanc gaussien additif 1\/0 avec une largeur de bande W et un gain de canal g, ils considèrent que le débit R a pour expression leur équation (3) : R = Wlog (1 + ) No w Selon les auteurs, l'utilisation optimale du lien radio d'un point de vue énergétique se traduit par un problème d'optimisation d'adaptation de lien et d'allocation de ressource en considérant le critère de l'efficacité énergétique U (R).

3030175 3 Dans un schéma de modulation M-QAM, l'allocation de ressource se traduit par l'adaptation du type de modulation M. Plus le type de modulation est élevé, plus le nombre de bits transmis, b, est grand, en effet M=2b, et plus le débit R est grand. Mais compte tenu de l'expression du débit R, il vient que plus le débit est grand plus la puissance transmise est grande. Les auteurs proposent donc de 5 déterminer un compromis selon le critère d'efficacité énergétique U (R) . Les auteurs traitent séparément le cas d'un utilisateur seul, du cas d'une cellule à multiutilisateurs. Dans le cas d'un seul utilisateur, celui-ci connait sa largeur de spectre allouée : ci = c. L'adaptation de lien est alors décrite comme la recherche du type de modulation, M, optimal Pt9 10 correspondant au critère U (R) maximal avec R = clog (1 + Noc). Dans le cas multi utilisateurs, les auteurs cherchent à allouer le spectre global K aux utilisateurs en prenant en compte un débit identique par sous-porteuse qui découle de la théorie de Shannon et est déterminé par leur expression (3). La problématique de l'allocation de ressource se traduit par l'allocation d'une largeur de spectre à chaque utilisateur i équivalente au nombre ci de sous-porteuses.

15 Ayant déterminé la largeur de spectre ci pour chaque utilisateur i, les auteurs déterminent le type de modulation en appliquant l'optimisation du cas mono utilisateur à chaque utilisateur. Exposé de l'invention L'invention propose une technique qui maximise l'efficacité énergétique de communications au sein d'un réseau hétérogène. L'invention a pour objet un procédé d'association mis en oeuvre par un 20 contrôleur central qui peut être hébergé par la station de base macro du réseau d'accès hétérogène. La station de base macro SB connait les terminaux actifs dans sa zone de couverture radio compte tenu des échanges dans le canal de signalisation parfois désigné par voie de retour. Elle connait aussi toutes les stations de base du réseau d'accès hétérogène. Le procédé d'association selon l'invention, entre un mobile et une station de base sélectionnée 25 parmi plusieurs stations de base d'un réseau d'accès hétérogène comprenant plusieurs stations de base dont une station de base dite macro et des stations de base dites pico, le mobile pouvant se connecter à une station de base selon un mode direct ou selon un mode indirect via un autre mobile, comprend : - une sélection pour chacun des deux modes d'une station de base selon un critère de gain de canal montant, 30 - une détermination du débit maximal pour chacun des deux modes à partir de la connaissance des gains de canal et de la puissance maximale des mobiles, - un choix entre les stations de base sélectionnées, de la station de base assurant la meilleure efficacité énergétique sous contrainte de respecter un débit compris entre un débit minimum et un des débits maximums.

3030175 4 Ainsi, l'invention permet d'améliorer l'efficacité énergétique du réseau d'accès en permettant d'ajuster de manière adaptative le mode de transmission entre le terminal mobile et la station de base à laquelle il est associé ; le mode choisi est soit directe soit indirect c'est-à-dire relayé par un terminal mobile. Ce choix prend en compte la qualité du canal via la connaissance du gain de canal, par 5 exemple en exploitant une valeur de CSI (abréviation anglosaxonne de Channel State Information) instantanée et prend en compte une exigence de qualité de service sous la forme d'un débit minimum de transmission. L'invention résout de manière conjointe le problème de sélection d'une station de base pour l'association du terminal mobile et du choix du mode direct ou indirect sous contrainte d'optimiser 10 l'efficacité énergétique du réseau d'accès. Contrairement à des procédés connus, l'invention n'associe pas le terminal à la station de base qui lui assure la puissance instantanée reçue la plus élevée. L'invention assure une association optimale d'un point de vue énergétique et par conséquent la puissance émise est déterminée pour atteindre le débit optimal. Le niveau de puissance est celui qui est au minimum suffisant pour atteindre ce débit et 15 qui est optimum du point de vue de l'efficacité énergétique. Ainsi l'invention évite de dépenser inutilement de l'énergie et en outre limite les interférences dans le réseau. La contrainte d'efficacité énergétique ne prend pas en compte une gestion de charge à plus ou moins long terme entre des cellules qui complexifierait le procédé. L'invention n'impose pas que le terminal relais soit associé à une station de base particulière. Elle 20 est donc très souple dans sa mise en oeuvre. L'invention n'impose pas non plus que le relais soit fixe. Le terminal relais peut bien entendu être mobile ce qui augmente les possibilités d'extension de la couverture radio du système d'accès. L'invention n'impose pas non plus de gestion de spectre entre cellules pico. Une telle gestion est sous optimale lorsque en particulier il existe une atténuation suffisante entre deux cellules pico.

25 L'invention est totalement compatible d'une réutilisation de spectre entre ces cellules pico et donc d'un mécanisme d'allocation de fréquence au sein du réseau d'accès hétérogène. Selon un mode de réalisation, l'efficacité énergétique est évaluée par la relation : EEt,j = Ridpi_Epc avec Rij le débit de transmission entre le mobile i et la station de base associée j, Pi la puissance de transmission émise et Pc la consommation d'énergie de circuit de chaque terminal qui émet, la 30 puissance de transmission émise est égale à Pi = Pu lorsque le mode est direct, la puissance de transmission émise est égale à Pi = -21 (Pu + Pr) lorsque le mode est indirect, Pu et Pr étant respectivement les puissances d'émission du terminal mobile et du terminal relais. Selon un mode de réalisation, le débit maximal pour le lien direct s'exprime sous la forme : 3030175 5 RrnE1*.r = Wlog (1 + gui° nnax) et Odo WN0 le débit maximal pour le lien indirect s'exprime sous la forme : RIT = 172 log 1 + min (qu'rP''Lnax gri*IP;-naxïl WN0 WN0 avec W le spectre total de la bande passante du réseau d'accès, 13'' et Pr' respectivement les 5 puissances maximales disponibles au terminal mobile UT et au terminal relais, 9u,jo*, Yu,r et 9r,ji respectivement les gains de puissance du canal selon le mode direct entre le terminal UT et la station de base BS j sélectionnée, selon le mode indirect entre le terminal UT et le terminal relais DRN et selon le mode indirect entre le terminal relais DRN et la station de base BS j sélectionnée, No la densité spectrale de puissance du bruit.

10 L'invention a en outre pour objet une station de base adaptée pour mettre en oeuvre un procédé d'association selon l'invention, cette station de base étant destinée à un réseau d'accès hétérogène. La station de base comprend un calculateur pour sélectionner pour chacun des deux modes une station de base selon un critère de gain de canal montant, pour déterminer un débit maximal pour chacun des deux modes à partir de la connaissance des gains de canal et de la puissance maximale des mobiles et 15 pour choisir parmi les stations de base sélectionnées, la station de base assurant la meilleure efficacité énergétique sous contrainte de respecter un débit compris entre un débit minimum et un des débits maximums. L'invention a en outre pour objet un réseau d'accès hétérogène comprenant au moins une station de base selon un objet de l'invention.

20 Liste des figures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront lors de la description qui suit d'exemples donnés à titre d'exemples non limitatifs, description faite en regard des figures annexées suivantes. La figure 1 est un schéma d'un réseau d'accès hétérogène avec une station de base macro, des 25 stations de base pico et des terminaux identifiés par la station de base macro. La figure 2 est un organigramme d'un mode de réalisation d'un procédé selon l'invention. La figure 3 est un schéma d'un exemple de structure simplifiée d'une station de base selon un objet de l'invention. La figure 4 représente le système d'accès hétérogène qui a fait l'objet de simulations.

30 Les figures 5 et 6 sont des résultats de simulation. Description de modes de réalisation de l'invention Un réseau d'accès hétérogène est illustré à la figure 1. Le réseau d'accès comprend une station de base macro macro-BS dont la couverture radio est représentée de manière schématique par un ovale.

3030175 6 Le réseau d'accès comprend en outre des stations de base pico pico-BS. Le réseau d'accès hétérogène est délimité par la couverture radio de la station de base macro ; toutes les stations de base pico sont couvertes par la station de base macro, c'est-à-dire qu'elles peuvent recevoir des signaux provenant de la station de base macro.

5 La zone de couverture de la station de base macro est représentée de façon très schématique par un ovale centré sur cette station de base. Bien entendu cette zone a en réalité un contour qui dépend de la puissance émise par la station de base et de l'environnement, cet environnement influe en particulier sur les conditions de propagation et donc sur la portée dans une direction donnée. Deux terminaux mobiles ont été identifiés par la station de base, UT et DRN. Le terminal mobile UT est celui qui veut 10 établir une communication vers un destinataire via le réseau d'accès. Le terminal mobile DRN est un terminal qui est de type D2D, soit apte à établir une communication en directe avec un autre terminal mobile et qui dans le contexte est considéré comme apte à relayer une communication. La station de base macro connait les valeurs d'une métrique de qualité, par exemple CSI (abréviation anglosaxonne de Channel State Information) pour tous les liens du réseau d'accès.

15 Par souci de simplification, le terminal relais DRN est supposé fonctionner en mode half-duplex et supposé utiliser le protocole de transmission DF (abréviation anglosaxonne de Decode and Forward). Les terminaux UT et DRN sont supposés avoir la même consommation de circuit /3, pendant la transmission en mode indirect. Le procédé selon l'invention permet au terminal UT d'établir une communication en optimisant 20 l'énergie dépensée au niveau du réseau d'accès tout en respectant une exigence de qualité de service généralement exprimée sous la forme d'un débit minimum de transmission Rmin . Lorsque le terminal UT s'associe à une station de base en direct le mode est dit mode O. Lorsque le terminal UT s'associe à une station de base via le terminal relais le mode est dit mode 1. Le problème de détermination de l'association optimale d'un point de vue efficacité énergétique 25 sous contrainte de qualité de service est exprimé ci-après sous forme d'équations. Soit /3, la consommation d'énergie du circuit de chaque terminal intervenant dans la transmission. En mode 0, la puissance /3, est la puissance du circuit du terminal UT. En mode 1, la puissance /3, est la somme de la puissance du circuit du terminal UT et du circuit du terminal relais DRN. Compte tenu du protocole half duplex, la puissance de consommation de chaque terminal de transmission nécessite 30 de tenir compte d'un facteur 1/2 de pondération ; ainsi la somme de la consommation est égale à /3, dans le mode 1 si les terminaux UT et DRN ont la même consommation de circuit /3, pendant la transmission. L'efficacité énergétique EEi j de l'association selon le mode avec la station de hase BSi peut être exprimée par la relation : 3030175 EE = Ri Pi+Pc dans laquelle Pi représente la puissance de transmission émise. Soit Pu et Pr respectivement les puissances d'émission du terminal mobile UT et du terminal relais DRN. Pour le mode direct, la puissance de transmission émise est égale à : 5 PL = Pu (5) Pour le mode indirect, c'est-à-dire avec relais, la puissance de transmission émise est égale à : PL = (Pu + Pr) (6) Le facteur 1/2 dans la relation (6) vient du fait que le relais fonctionne en mode half duplex et que par suite la transmission d'une trame nécessite deux fois plus de temps (time slot) que dans le mode 10 direct. La communication que le terminal établi selon le mode direct ou le mode indirect doit respecter un débit de transmission minimum len. En outre la puissance maximale disponible ne peut être dépassée pour atteindre ce débit. Par conséquent, le problème de détermination de l'association optimale basée sur l'efficacité énergétique EE peut être exprimé par le système d'équations suivant : 15 max viy1+1v1 txii,Pu,prj 'J=1 z4=o xii EEti sous contraintes que : Eljvl=+11 Ei1=0 xi,1- 1 Pu < pax et Pr < prmax Rmin E1)4F i l EL()x1,1 Rii 20 Dans ces équations xi,/ est l'indicateur d'association du mobile : xi,/ = 1 si le terminal mobile UT est associé à la station de base BSj, soit en mode direct et alors i=0, soit en mode indirect via le terminal relais et alors i=1, sinon xi,/ = O. La contrainte (7c) traduit l'exigence de débit minimum à satisfaire quel que soit la station de base et le mode de transmission sélectionnés. L'invention apporte une solution au système d'équations (7)-(7-c).

25 Le déroulement est détaillé ci-après et illustré par l'organigramme représenté à la figure 2. Le procédé 1 comprend une sélection 2 pour chacun des deux modes d'une station de base selon un critère de gain de canal montant. La sélection se fait sur la station de base optimale pour chacun des deux modes, cette station est notée BSE. Compte tenu qu'il n'y a ni interférence, ni équilibrage de charge pour la liaison montante, c'est-à-dire du terminal à la station de base, la station de base 30 optimale peut être obtenue par la détermination du meilleur gain de canal. Cette sélection peut s' exprimée sous la forme : 7 (4) (7) (7-a) (7-b) (7-c) 3030175 8 { argmaxi(gu,i) si i = 0 argmaxi(gri) si i = 1 (8) En ce qui concerne le mode indirect i.e. via le terminal relais seul le gain entre ce terminal relais et la station de base BSj est pris en compte. Il n'y a effectivement aucun intérêt à considérer le gain entre le terminal UT et le terminal relais DRN dans le mode indirect puisque ce gain ne change pas 5 selon la station de base. Les stations de base sélectionnées peuvent être identiques ou différentes entre les deux modes. Connaissant les stations de base optimales BSE pour chacun des deux modes, le procédé détermine 3 le débit maximal pour chacun des deux modes à partir de la connaissance des gains de canal et de la puissance maximale des mobiles.

10 W représente le spectre total de la bande passante du réseau d'accès. Le débit de transmission entre le terminal mobile UT et chacune des stations de hase BS j du réseau d'accès peut être exprimé par : Roi = Wlog (1 + gujPu) pour le mode direct wNo et g P gr P 15 R1, = -2 log [1 + min Cu'r u pour le mode avec relais (2) wNo wN ro Dans ces équations, gu,J, gu,r et gr,j représentent respectivement les gains de puissance du canal entre le terminal UT et la station de base BS j, entre le terminal UT et le terminal relais DRN, et entre le terminal relais DRN et la station de base BS j. Et No représente la densité spectrale de puissance du bruit.

20 Les puissances maximales disponibles au terminal mobile UT et au terminal relais sont notées respectivement Pu' et Pr'. Le débit maximal pour le lien direct s'exprime alors sous la forme : g u j. pjtax Rmja: = Wlog (1 + ° (10) wNo Le débit maximal pour le lien indirect s'exprime alors sous la forme : 25 Ri 7,x = - 2 w log [1 + min ( WN WN gu'rPecnc gr'flPrax) (11) di 0 0 Dans les équations (10) et (11), gu,jo, 9u,r et gr,ji représentent respectivement les gains de puissance du canal selon le mode direct entre le terminal UT et la station de base BS j sélectionnée, selon le mode indirect entre le terminal UT et le terminal relais DRN, et selon le mode indirect entre le terminal relais DRN et la station de base BS j sélectionnée. (1) 3030175 9 Le procédé choisit 4 entre les stations de base sélectionnées, la station de base qui assure la meilleure efficacité énergétique EE sous contrainte de respecter un débit compris entre le débit minimum Rmin et un des débits maximums. Le débit minimum est requis par le service correspondant à la communication. La maximisation de l'efficacité énergétique EE entre les deux modes peut être maxfr 5 exprimée sous la forme : d i,pu,pr} EEtiï (16) sous contraintes que : ELo xiii* = 1 (16-a) Pu < pumax et Pr < prmax (16-b) 10 Rmin < o xiiï Riiï (16-c) L'indice * signifie que l'association est effectuée avec la station de base optimale sélectionnée à l'étape 2. Si un mode ne peut pas satisfaire le débit minimum requis par le service alors l'efficacité énergétique de ce mode est considérée égale à zéro. L'efficacité énergétique peut s'exprimer sous la 15 forme : Op, . pcS i en9x < Rmin (17) par EE i,ji :*+ - Rji transmission maximal atteignable obtenu { ldi Si en9.X > enin 1'Ji Dans cette expression, en9x est le débit de ldi l'équation (10) ou l'équation (11) et Pi,E est la puissance de transmission correspondant au mode i lorsque le terminal UT est associé à la meilleure station de base.

20 A partir des équations (1) et (2), il est possible d'exprimer la puissance de transmission en fonction du débit : NoW(eRw-1 -1) Po (R) = pour le lien direct (18) guj et Now(e2Rw-1-1)(gur-Fgri) P1 (R) = pour le lien indirect (19) 2gu rgrj 25 Le choix 4 de la station de base revient donc à résoudre le système d'équations suivant : maxt IEEtii*(Ri,E) avec la contrainte enin < Ri* < enc>i,x 1,ji (20) (20-a) 3030175 10 Dans ce système, EEtiï = et l'équation (20-a) détermine la plage admissible du débit Riiï . La solution au système d'équations est obtenue de la manière suivante. Soit EE; (R) et 1311:, (R) les dérivées premières de EEtiï(R) et Pi 1ï (R).

5 Il existe un débit R* unique strictement supérieur à zéro tel que : E .*(R*) = 0 et maxR>otEEt (R)) = , Rdi p ( *) La démonstration de l'existence de ce débit R* unique strictement supérieur à zéro est la suivante. Pour i=0, soit 0 = 2 [No W(eRW-1 _1)+9uPc1 alors EE: (R) = 0[(guiTP, - N oW) - (R - W)N oeRw11.

10 Il est aisé de vérifier que EE; r (0) > 0 et que EE;i:, (09) < O. Ainsi il existe un débit R* > 0 unique tel que : EE; iï(R*) = 0 et EEt'iï (R) > 0 pour R < R* et EE; iï(R) < 0 pour R > R* . Ainsi, R* = arg max{EEtiï (R)} et à partir du théorème 1 de [12], il vient que : R>0 P. ,(R*)+Pc R* = P!. *(R*) Par conséquent maxR>otEEt,E (R)) = *(p*) ji 15 Pour i=1, la même démonstration est similaire Soit S l'ensemble des débits satisfaisant (20a). Le débit optimal de transmission pour le mode i peut être exprimé par : R1 = arg max[E E i,E(R)], Vi (21) REs Finalement, Rir est déterminé par le système suivant : encix si le > RrtWx 20 Rit* = Rmin si le < Rmin (22) Ri sinon dans lequel Ri est la solution pour EE; (R) = O. Et l'efficacité énergétique maximale peut être déterminée par le système suivant : 3030175 11 Rniex si le > en9x .(rneX)+Pc Rnlin si le < enin (Rutin) +P,1 EEiE(R) = sinon *(Ri) (23) En comparant EE0*jo* à EEI:ii, le mode d'association optimal xi:1 qui correspond à la solution du système d'équations (7) est donné par : 1 si i = 0,j = ji;, EE0*,_m EEilii, { xi*, = 1 si i = 1,j = jl, EE0*,ii; < EEI:ii, (24) 0 si j = ji; etj #j1 5 A partir des relations (18) et (19), le procédé détermine la puissance optimale (13;;, Pr*) qui vérifie le système d'équations (7), en prenant comme valeur de débit celle donnée par la relation (22). Cette puissance optimale a pour valeur : (/30,_m (Ro*,i*), 0) si xo,j* = 1 (P//, Pr*) = (25) si xlii = 1 avec 8 = fp 1J*1(R;J*3 r +9u,r) u,r 10 La structure simplifiée d'une station de base mettant en oeuvre un procédé d'association décrit ci-dessus est décrite ci-après et illustrée par la figure 3. Une telle station STA comprend un émetteur EM, un récepteur RE, une ou plusieurs antennes d'émission/réception TX/RX, une mémoire de stockage ME, une unité de traitement DSP équipée par exemple d'un microprocesseur et pilotée par un programme d'ordinateur Pg mettant en oeuvre un 15 procédé d'association selon l'invention. A l'initialisation, les instructions de code du programme d'ordinateur Pg sont par exemple chargées depuis la mémoire ME dans une mémoire RAM avant d'être exécutées par le processeur de l'unité de traitement DSP. L'unité de traitement DSP reçoit en entrée des données de signalisation ainsi que des paramètres. Par exemple elle récupère des information de canal CSI et en déduit les gui, 20 gri, gu,r. Elle connaît en outre : Pc, RminPu P, pumax prmax w - 0 L'unité de traitement DSP met en oeuvre un procédé d'association décrit précédemment, selon les instructions du programme d'ordinateur Pg. Pour cela, l'unité de traitement DSP comprend un calculateur par exemple un microprocesseur pour sélectionner une station de base pour chacun des deux modes selon un critère de gain de canal montant. Ce calculateur est piloté par le microprocesseur 25 ou fait partie du microprocesseur. Le calculateur détermine un débit maximal pour chacun des deux modes à partir de la connaissance des gains de canal et de la puissance maximale des mobiles. Le (9r,ji"8 9u,r8) 3030175 12 calculateur choisit parmi les stations de base sélectionnées, la station de base assurant la meilleure efficacité énergétique sous contrainte de respecter un débit compris entre un débit minimum et un des débits maximums. Selon une implémentation préférée, les étapes du procédé d'association selon l'invention sont 5 déterminées par les instructions d'un programme incorporé dans un circuit électronique telle une puce elle-même pouvant être disposée dans un dispositif électronique tel une station de base ou un point d'accès WiFi. Le procédé d'association selon l'invention peut tout aussi bien être mis en oeuvre lorsque ce programme (ou ses modules) est chargé dans un organe de calcul tel un processeur ou équivalent dont le fonctionnement est alors commandé par l'exécution du programme 10 En conséquence, l'invention s'applique également à un programme d'ordinateur (ou ses différents modules), notamment un programme d'ordinateur sur ou dans un support d'informations, adapté à mettre en oeuvre l'invention. Ce programme peut 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 15 forme souhaitable pour implémenter un procédé selon l'invention. Le support d'informations peut être n'importe quelle entité ou dispositif capable de stocker le programme Par exemple, le support peut comporter un moyen de stockage, tel qu'une ROM, par exemple un CD ROM ou une ROM de circuit microélectronique, ou encore un moyen d'enregistrement magnétique, par exemple une disquette (floppy dise) ou un disque dur.

20 Alternativement, le support d'informations peut être un circuit intégré dans lequel le programme est incorporé, le circuit étant adapté pour exécuter ou pour être utilisé dans l'exécution du procédé en question. D'autre part, le programme peut être traduit en une forme transmissible telle qu'un signal électrique ou optique, qui peut être acheminé via un câble électrique ou optique, par radio ou par 25 d'autres moyens. Le programme selon l'invention peut être en particulier téléchargé sur un réseau de type Internet. La figure 4 représente le système d'accès hétérogène qui a fait l'objet de simulations. Ce système comprend une macro-cellule à trois secteurs avec un rayon de 500 m centrée sur la station de base macro. Le système comprend en outre trois pico-cellules centrées sur des stations de base pico 30 qui sont déployées dans le centre des trois secteurs. Le terminal UT est placé au hasard sur la bordure de la macro-cellule. Le canal de propagation du terminal UT souffre d'affaiblissement profond. Le terminal relais DRN est distribué de façon aléatoire sur la zone de superposition entre la macro-cellule et un cercle centré autour du terminal UT. Le rayon du cercle centré sur le terminal UT est la distance maximale entre le terminal UT et le terminal relais DRN. Cette distance varie avec les simulations.

3030175 13 Les affaiblissements rapide et lent sont pris en compte dans le modèle du canal. Le modèle de canal est tel que le gain de canal entre un émetteur et un récepteur peut être exprimé sous la forme : g = . K est la constante déterminée par les paramètres du système, f3 est le gain de l'affaiblissement rapide avec une distribution exponentielle, 5 est le gain de l'affaiblissement lent avec une distribution log-normale, a est la composante de la perte de propagation et d est la distance entre l'émetteur et le récepteur. Pour la comparaison, nous prenons la transmission directe et la transmission en mode relais comme références. Les paramètres de simulation sont rassemblés dans le tableau donné en Annexe A. La figure 5 illustre l'efficacité énergétique EE moyenne pour différentes valeurs du rayon du 10 cercle centré sur le terminal UT. D'après cette figure, le procédé proposé a de meilleurs performances que les modes direct et relais. Le procédé selon l'invention peut apporter plus de degrés de liberté pour le terminal UT compte tenu de la possibilité de commutation de mode. Par ailleurs, les performances d'efficacité énergétique du mode relais sont meilleures que celles du mode direct. Ceci s'explique du fait que le terminal UT se trouve sur la bordure de la cellule et que par conséquent la distance globale 15 est plus courte avec le mode relais. D'après ces figures, l'efficacité énergétique du mode relais augmente avec le rayon partant du terminal UT quand ce rayon est petit et puis décroit avec l'augmentation du rayon quand celui-ci est grand. En effet, lorsque le rayon partant du terminal UT est petit, le gain du canal du premier saut est relativement élevé pour que l'efficacité énergétique EE soit dominée par le deuxième saut et l'augmentation du rayon peut réduire la distance entre le terminal 20 relais DRN et la station de base sélectionnée BS. D'autre part, lorsque le rayon est grand, le gain du canal du deuxième saut est plus grand que celui du premier saut; ainsi l'efficacité énergétique EE est dominée par le premier saut et elle décroit avec l'augmentation du rayon. Compte tenu de l'influence prépondérante du mode relais dans le procédé selon l'invention, les observations pour les résultats obtenus selon l'invention sont similaires à celles faites pour le mode 25 avec relais. La figure 6 illustre la relation entre l'efficacité énergétique EE moyenne et le débit minimum Ir" quand le rayon partant du terminal UT est de 100 m. On peut observer un certain seuil de débit Rops (`o' sur la figure) tel que le débit minimal len a peu d'influence sur l'efficacité énergétique EE quand km" < R01,, et tel que l'efficacité énergétique EE décroit avec l'augmentation de km" quand len > Rom.

30 Ceci vient du fait que quand Rmin < alors R0r, est dans la région possible de R. Dans ce cas, R0r, est le débit optimal qui maximise l'efficacité énergétique EE. Ainsi l'efficacité énergétique maximale et le débit de transmission minimal peuvent être atteints simultanément. Quand Rmin > Roi,' &in est en dehors de la région possible. Dans ce cas, le débit optimal de transmission est Ir" et l'efficacité énergétique EE décroit avec l'augmentation de el". Ce résultat montre que la performance 3030175 14 d'efficacité énergétique EE peut être diminuée par la demande incessante de croitre le débit de transmission car alors cette augmentation diminue la région possible dans le problème d'optimisation. Les résultats de simulations montrent que le procédé permet d'améliorer l'efficacité énergétique du système d'accès par rapport à un système en mode direct seul et par rapport à un système en mode 5 indirect (avec relais) seul. En outre, le procédé permet d'améliorer l'efficacité énergétique du système d'accès par rapport à un système qui considère le critère d'optimisation sur l'efficacité spectrale. En effet, ceci revient à optimiser le système d'accès en ne considérant que le numérateur de la définition de l'efficacité énergétique donnée par la relation (4) et en ne considérant pas la contrainte du débit minimum des 10 relations (7c) ou (16c). Cette amélioration est illustrée par la comparaison des courbes « EE-based scheme » et « SE-based scheme » de la figure 5. Bien que les modes de réalisation soient détaillés précédemment à partir d'exemples basés sur un réseau cellulaire, l'invention peut tout aussi bien s'utiliser dans un contexte de réseau sans fil, 15 par exemple de type WiFi. Dans ce cas, la station de base est plus connue sous les termes de point d'accès. Références : 20 [1] K. Doppler, M. Rinne, C. Wijting, C. Ribeiro, and K. Hugl, "Device-to-device communication as an underlay to lte-advanced networks," IEEE Commun. Mag., vol. 47, no. 12, pp. 42-49,2009. [2] G. Miao, N. Himayat, Y. Li, and D. Bormann, "Energy efficient design in wireless ofdma," in Proc. IEEE Int. Conf. Commun. (ICC'08), May 2008, pp. 3307-3312.

3030175 15 Annexe A Paramètres Valeurs nombre de station de base pico (M) 3 Bande passante (W) 3 MHz Densité spectrale du bruit (No) -174 dBm/Hz Exposant de la perte de propagation (a) 4 Constante de propagation (K) 102 Puissance max du terminal UT 250 mW Puissance max du terminal relais DRN 250 mW Consommation de puissance du circuit (13,) 100 mW QoS du terminal UT (len) 6 Mbit Affaiblissement liée aux trajets multiples Distribution exponentiel avec un moyen d'unité Ombrage (shadowing) Distribution Log-normale avec un écart-type de 8 dB

Claims (7)

1. REVENDICATIONS1. Procédé (1) d'association entre un mobile et une station de base sélectionnée parmi plusieurs stations de base d'un réseau d'accès hétérogène comprenant plusieurs stations de base dont une station de base dite macro et des stations de base dites pico, le mobile pouvant se connecter à une station de base selon un mode direct ou selon un mode indirect via un autre mobile, caractérisé en ce qu'il comprend : - une sélection (2) pour chacun des deux modes d'une station de base selon un critère de gain de canal montant, - une détermination (3) du débit maximal pour chacun des deux modes à partir de la connaissance des gains de canal et de la puissance maximale des mobiles, - un choix (4) entre les stations de base sélectionnées, de la station de base assurant la meilleure efficacité énergétique sous contrainte de respecter un débit compris entre un débit minimum et un des débits maximums.
2. 2. Procédé (1) d'association selon la revendication 1 dans lequel l'efficacité énergétique est évaluée par la relation : EE't = Rid- avec Rii le débit de transmission entre le mobile i et la station de Pi+Pc base associée j, la puissance de transmission émise et Pc la consommation d'énergie de circuit de chaque terminal qui émet, la puissance de transmission émise est égale à Pi = Pu lorsque le mode est direct, la puissance de transmission émise est égale à Pi = -21 (Pu + Pr) lorsque le mode est indirect, Pu et Pr étant respectivement les puissances d'émission du terminal mobile et du terminal relais.
3. 3. Procédé (1) d'association selon la revendication 1 dans lequel le débit maximal pour le lien direct s'exprime sous la forme : 9u pjtax) RrnEl.x = Wlog (1 + ° et le débit maximal pour le lien indirect s'exprime sous la forme : 0,/o WN0 p gr max p;rnax Ri7 2 7 x = -14 log 1 + min ("u'r u wNo wNo avec W, le spectre total de la bande passante du réseau d'accès, Pu' et Prmax , respectivement les puissances maximales disponibles au terminal mobile UT et au terminal relais, gu,, et gr, Ji, respectivement les gains de puissance du canal selon le mode direct entre le terminal UT et la station de base BS j sélectionnée, selon le mode indirect entre le terminal UT et le 3030175 17 terminal relais DRN, et selon le mode indirect entre le terminal relais DRN et la station de base BS j sélectionnée, No , la densité spectrale de puissance du bruit. 5
4. 4. Station de base (BS) d'un réseau d'accès hétérogène comprenant plusieurs stations de base dont une station de base dite macro et des stations de base dites pico, adaptée pour la mise en oeuvre d'un procédé (1) d'association entre un mobile et une station de base sélectionnée parmi les stations de base du réseau d'accès hétérogène, le mobile pouvant se connecter à une station de base selon un mode direct ou selon un mode indirect via un autre mobile, la station de base 10 comprend un calculateur (DSP) pour sélectionner (2) pour chacun des deux modes une station de base selon un critère de gain de canal montant, pour déterminer (3) un débit maximal pour chacun des deux modes à partir de la connaissance des gains de canal et de la puissance maximale des mobiles et pour choisir parmi les stations de base sélectionnées, la station de base assurant la meilleure efficacité énergétique sous contrainte de respecter un débit compris entre un débit 15 minimum et un des débits maximums.
5. 5. Réseau d'accès hétérogène comprenant au moins une station de base selon la revendication précédente. 20
6. 6. Produit programme d'ordinateur sur un support d'informations, ledit programme comportant des instructions de programme adaptées à la mise en oeuvre d'un procédé d'association selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 lorsque ledit programme est chargé et exécuté dans une station de base destinée à mettre en oeuvre le procédé d'association. 25
7. 7. Support d'informations comportant des instructions de programme adaptées à la mise en oeuvre d'un procédé d'association selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 lorsque ledit programme est chargé et exécuté dans une station de base destinée à mettre en oeuvre le procédé d' association.