FR3043300A1 - - Google Patents
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Abstract
Cette invention fournit une méthode pour optimiser l'allocation des fréquences radio utilisées pour la transmission et / ou la réception par une station de base radio, en partageant et combinant: - l'information sur l'occupation des fréquences radio, collectée en écoutant les fréquences radio (RF) à proximité des sources d'émission et de réception, et, - l'information sur l'allocation des fréquences radio, fournie à ces sources par les entités responsables de l'allocation de fréquences radio.This invention provides a method for optimizing the allocation of radio frequencies used for transmission and / or reception by a radio base station, by sharing and combining: - the radio frequency occupancy information, collected by listening to the radio frequencies; radio frequencies (RF) in the vicinity of the transmitting and receiving sources, and, - the information on the allocation of radio frequencies provided to these sources by the entities responsible for the allocation of radio frequencies.
Description
Description de l’état de l’artDescription of the state of the art
Le spectre non licencié est largement utilisé pour communiquer au travers d’interfaces radio. La façon commune d’accéder sans coordination préalable à un même canal radio sur du spectre non licencié, est d’utiliser des protocoles d’évitement de collision, tels que « listen before talk » défini dans la norme IEEE 802.11. Une procédure similaire est utilisé dans d’autres protocoles récemment définis, tels que le LAA, standardisé au sein du 3GPP (« 3rd Génération Partnership Project »), ou LTE-U, standardisé par le « LTE-U Forum ».The unlicensed spectrum is widely used to communicate through radio interfaces. The common way to access without prior coordination to the same radio channel on unlicensed spectrum is to use collision avoidance protocols, such as "listen before talk" defined in the IEEE 802.11 standard. A similar procedure is used in other recently defined protocols, such as LAA, standardized within the 3GPP ("3rd Generation Partnership Project"), or LTE-U, standardized by the "LTE-U Forum".
Afin de maximiser l’usage du spectre, de nouvelles méthodes d’accès ont été définies, qui permettent à des utilisateurs primaires de partager le spectre avec des utilisateurs secondaires. Par exemple la « Fédéral Communications Commission » a défini comment partager la bande 3.5 GHz entre des utilisateurs primaires et des utilisateurs secondaires (dans le document «FCC 15-47 »). Un sous-ensemble de cette bande est réservé en priorité à l’usage sous licence, tandis que la partie restante est réservée exclusivement à un usage sans licence.To maximize spectrum usage, new access methods have been defined that allow primary users to share spectrum with secondary users. For example, the "Federal Communications Commission" has defined how to share the 3.5 GHz band between primary and secondary users (in "FCC 15-47"). A subset of this band is reserved primarily for use under license, while the remaining part is reserved exclusively for unlicensed use.
Lorsqu’un utilisateur primaire est détecté sur une zone géographique donnée, les utilisateurs .secondaires doivent cesser d’utiliser le spectre sur les fréquences utilisées par des utilisateurs primaires. Une manière possible de détecter les émissions des utilisateurs primaires est de déployer un réseau de capteurs. ’ Lorsque le spectre est partagé entre de multiples sources de transmission, des mécanismes tels que le « listen before talk » (ou LBT) et la méthode d’accès dite « carrier sense multiple access with collision avoidance » (CSMA/CA) sont couramment utilisés pour minimiser les interférences.When a primary user is detected in a given geographical area, secondary users must stop using spectrum on frequencies used by primary users. One possible way to detect emissions from primary users is to deploy a network of sensors. 'When the spectrum is shared between multiple transmission sources, mechanisms such as listen before talk (or LBT) and the carrier sense multiple access with collision avoidance (CSMA / CA) approach are commonly used to minimize interference.
Lorsqu’une station de base radio choisit une fréquence uniquement à l’aide d’un tel mécanisme, cette station de base radio ne peut savoir : - si des interférences avec les stations de base radio à proximité vont être créées, par exemple à cause du problème dit du « hidden node », - quelle est la meilleure qualité de service estimée, parmi une multiplicité de fréquences disponibles.When a radio base station chooses a frequency only using such a mechanism, this radio base station can not know: - whether interference with nearby radio base stations will be created, for example because of the so-called hidden node problem, - what is the best estimated quality of service, among a multiplicity of frequencies available.
De plus, lorsque le spectre est partagé avec un utilisateur primaire, un grand nombre de stations de base radio et d’appareils appartenant au même réseau peuvent être requis de cesser les transmissions au même moment, dans le cas où ils utilisent les mêmes fréquences que l’utilisateur primaire, ce qui entraîne une reconfiguration complexe du réseau.In addition, when the spectrum is shared with a primary user, a large number of radio base stations and devices belonging to the same network may be required to cease transmissions at the same time, if they use the same frequencies as the primary user, resulting in a complex reconfiguration of the network.
Cette invention, qui peut résider au-dessus des mécanismes dits LBT ou CSMA/CA, permet de surmonter ces limitations, en partageant et combinant l’information sur l’occupation des fréquences radio, collectée en mesurant les fréquences radio à proximité des sources d’émission ou de réception, avec l’information sur les allocations de fréquences fournie par les entités responsables de l’allocation de fréquences à ces sources.This invention, which may reside above the so-called LBT or CSMA / CA mechanisms, overcomes these limitations by sharing and combining the radio frequency occupancy information collected by measuring radio frequencies in the vicinity of the data sources. transmission or reception, with information on frequency allocations provided by the entities responsible for allocating frequencies to these sources.
Ainsi, le spectre est utilisé de manière plus optimale, améliorant les performances du réseau radio, telles que la latence et le débit, et de plus la diversité des fréquences allouées sur un ensemble de stations de base radio appartenant à un même réseau améliore la résilience du réseau radio dans le cas où un utilisateur primaire est détecté.Thus, the spectrum is used more optimally, improving the performance of the radio network, such as latency and throughput, and in addition the diversity of frequencies allocated on a set of radio base stations belonging to the same network improves the resilience radio network in case a primary user is detected.
DESCRIPTION DES FIGURESDESCRIPTION OF THE FIGURES
La Figure 1 montre un exemple d’architecture sur laquelle cette invention est applicable.Figure 1 shows an example of architecture on which this invention is applicable.
La Figure 2 décrit les étapes pour optimiser l’allocation de fréquences radio ou de canaux conformément à la présente invention.Figure 2 describes the steps for optimizing the allocation of radio frequencies or channels in accordance with the present invention.
La Figure 3 montre un exemple de Rapport de Premier Niveau.Figure 3 shows an example of a First Level Report.
La Figure 4 montre un exemple de Rapport de Second Niveau.Figure 4 shows an example of a Second Level Report.
La Figure 5 illustre comment un Rapport de Second Niveau est créé.Figure 5 illustrates how a Second Level Report is created.
La Figure 6 illustre comment un Rapport de Second Niveau est utilisé.Figure 6 illustrates how a Second Level Report is used.
La Figure 7 illustre comment un Rapport de Second Niveau enrichi avec l’information sur l’occupation du propre trafic est utilisé. - La Figure 8 illustre comment un Rapport de Second Niveau est utilisé lorsque l’information sur le chevauchement des zones de couverture est disponible.Figure 7 illustrates how a Second Level Report enriched with information on the occupancy of own traffic is used. - Figure 8 illustrates how a Second Level Report is used when information on overlapping coverage areas is available.
DESCRIPTION DE L’INVENTIONDESCRIPTION OF THE INVENTION
Architecture de la solutionArchitecture of the solution
La Figure 1 illustre un exemple d’architecture sur laquelle la présente invention est applicable.Figure 1 illustrates an example of architecture on which the present invention is applicable.
Cette figure montre un déploiement de stations de base radio, étiquetées ST, appartenant au même ou à différents opérateurs. Chaque station de base radio est capable de communiquer sur une interface radio, par exemple avec les appareils appartenant à des usagers, nommés DI à D4.This figure shows a deployment of radio base stations, labeled ST, belonging to the same or to different operators. Each radio base station is capable of communicating over a radio interface, for example with user-owned devices named DI to D4.
Des capteurs RFS, capable d’écouter les fréquences radio et de détecter les signaux radio électriques, sont déployés à proximité des stations de base radio ST, ou embarqués sur les stations de base radio ST, ou encore intégrés aux stations de base radio ST.RFS sensors, capable of listening to radio frequencies and detecting radio signals, are deployed near ST radio base stations, or embedded on ST radio base stations, or integrated with ST radio base stations.
Chaque capteur est connecté à un contrôleur de spectre SM. Le contrôleur de spectre fournit aux stations de base radio ST les fréquences autorisées pour la transmission et la réception. Les contrôleurs de spectre sont connectés entre eux et capables de s’échanger de l’information, par exemple au travers d’un réseau IP. L’information échangée entre contrôleurs de spectre est utilisée pour déterminer les fréquences à allouer à chaque station de base radio ST, ainsi que décrit plus en détail dans les sections suivantes.Each sensor is connected to a spectrum controller SM. The spectrum controller supplies the radio base stations ST with the allowed frequencies for transmission and reception. The spectrum controllers are connected to each other and able to exchange information, for example through an IP network. The information exchanged between spectrum controllers is used to determine the frequencies to be allocated to each ST radio base station, as further described in the following sections.
La Figure 1 montre un exemple d’architecture dans laquelle les contrôleurs de spectre sont distribués. Dans ce cas, chaque contrôleur de spectre est responsable de l’allocation des fréquences d’une unique station de base radio ST. Le contrôleur de spectre peut être physiquement embarqué ou intégré à la station de base radio ST. Dans une architecture alternative, non illustrée Figure 1, tous les contrôleurs de spectre peuvent être centralisés dans un unique serveur. Un tel serveur pourrait être localisé à un autre emplacement que les stations de base radio.Figure 1 shows an example of an architecture in which spectrum controllers are distributed. In this case, each spectrum controller is responsible for allocating the frequencies of a single radio base station ST. The spectrum controller may be physically embedded or integrated with the ST radio base station. In an alternative architecture, not illustrated in Figure 1, all spectrum controllers can be centralized in a single server. Such a server could be located at a different location than the radio base stations.
La communication entre les contrôleurs de spectre et les capteurs peut être effectuée via un lien physique, ou sans fil (par exemple, en utilisant Wi-Fi ou LTE). Certains contrôleurs de spectre peuvent être connectés à de multiples capteurs. A l’inverse, d’autres contrôleurs de spectre peuvent n’être connectés à aucun capteur.Communication between spectrum controllers and sensors can be done via a physical link, or wirelessly (for example, using Wi-Fi or LTE). Some spectrum controllers can be connected to multiple sensors. Conversely, other spectrum controllers may not be connected to any sensor.
Les contrôleurs de spectre peuvent communiquer avec les stations de base radio via une entité contrôlant le réseau de stations de base radio ST. Dans le cas d’un réseau 3GPP, une telle entité peut être le « Network Manager ». Ce cas est illustré dans la Figure 1 par SMI qui communique avec STI via les interfaces [C2] et [C3]. Dans une autre alternative, les contrôleurs de spectre peuvent communiquer directement avec les stations de base radio, par exemple via un réseau IP. Ce cas est illustré Figure 1 par SM2 et SM3 qui communiquent avec ST2 et ST3 via l’interface [Cl]. D’autres stations de base radio non contrôlées par un contrôleur de spectre, étiquetées FST dans la figure 1, peuvent être déployées au sein de la même zone géographique. Des appareils communiquant avec ces stations de base radio, étiquetés FD1 à FD4 sont également montrés dans cette figure. .Détail des étapes de la méthode pour optimiser l’allocation de canal radio ou de fréquence radioThe spectrum controllers may communicate with the radio base stations via an entity controlling the ST radio base station network. In the case of a 3GPP network, such an entity may be the "Network Manager". This case is illustrated in Figure 1 by SMI which communicates with STI via interfaces [C2] and [C3]. In another alternative, the spectrum controllers can communicate directly with the radio base stations, for example via an IP network. This case is illustrated in Figure 1 by SM2 and SM3 which communicate with ST2 and ST3 via the interface [C1]. Other radio base stations not controlled by a spectrum controller, labeled FST in Figure 1, can be deployed within the same geographical area. Devices communicating with these radio base stations, labeled FD1 to FD4 are also shown in this figure. .Detail of the steps of the method to optimize the allocation of radio channel or radio frequency
La Figure 2 illustre les étapes réalisées pour optimiser l’allocation de canal radio conformément à la ' présente invention.Figure 2 illustrates the steps taken to optimize the radio channel allocation in accordance with the present invention.
Les 5 opérations suivantes sont réalisées à chaque site radio :The following 5 operations are performed at each radio site:
A. Détection RF B. Rapport de Premier Niveau C. Création et diffusion du Rapport de Second Niveau D. Réception des Rapports de Second Niveau E. Optimisation de l’allocation des fréquences radio ou des canaux radio Les sections suivantes décrivent ces opérations plus en détail.A. RF Detection B. First Level Report C. Second Level Report Creation and Dissemination D. Second Level Report Receipt E. Optimizing Radio Frequency or Radio Channel Allocation The following sections describe these operations in more detail. detail.
A. Détection RFA. RF detection
Chaque capteur RF S écoute les fréquences radio reçues autour de son emplacement et détecte les signaux radio électrique transmis.Each RF S sensor listens for radio frequencies received around its location and detects the transmitted radio signals.
Ce traitement peut est effectué de manière continue, ou déclenché à intervalles réguliers, à l’expiration d’un compteur prédéfini « TSensing ». B. Rapport de Premier Niveau A partir des mesures RF collectées à l’étape A, le capteur RFS crée un Rapport de Premier Niveau contenant des informations sur l’usage des fréquences radio.This processing can be carried out continuously, or triggered at regular intervals, at the expiration of a predefined "TSensing" counter. B. First Level Report Based on the RF measurements collected in step A, the RFS sensor creates a First Level Report containing information on the use of radio frequencies.
Cette étape peut être initiée à intervalles réguliers, ou à l’expiration d’un compteur prédéfini « TFirstReport ».This step can be initiated at regular intervals, or at the end of a predefined "TFirstReport" counter.
Le Rapport de Premier Niveau inclut, pour chaque fréquence radio ou canal radio, son pourcentage d’occupation.The First Level Report includes, for each radio frequency or radio channel, its percentage of occupancy.
Une fréquence peut être considérée comme non occupée lorsque, par exemple, le niveau de signal RF détecté par le capteur RFS pour cette fréquence radio reste en-dessous d’un seuil prédéfini durant une période de temps minimale prédéfinie.A frequency may be considered as unoccupied when, for example, the RF signal level detected by the RFS sensor for that radio frequency remains below a predefined threshold for a predefined minimum period of time.
Un exemple de Rapport de Premier Niveau est montré Figure 3. Cet exemple indique l’occupation pour chaque canal radio. Une table similaire pourrait être construite, pour chaque fréquence.An example of a First Level Report is shown in Figure 3. This example shows the occupancy for each radio channel. A similar table could be built for each frequency.
Des paramètres additionnels peuvent être inclus dans ce rapport, afin de fournir une information plus précise sur l’usage des fréquences radio.Additional parameters may be included in this report, to provide more precise information on the use of radio frequencies.
Par exemple, le Rapport de Premier Niveau peut être enrichi par : i. des informations sur l’utilisation des canaux radio, par technologie (par exemple 60% d’utilisation sur LTE-U ; 40% d’utilisation sur Wi-Fi), ii. des informations sur l’utilisation des canaux radio par type de licence (par exemple, 80% (non licencié) ; 20% (sous licence)). Dans le cas de la bande US 3.5GHz, cette information permet de distinguer le trafic des utilisateurs GAA du trafic des utilisateurs PAL, lorsqu’une même fréquence est partagée, iii. des informations sur l’utilisation des canaux radio par type de procédure d’accès au médium (par exemple 40% LBT (« listen before talk ») ou similaire ; 60% non LBT), iv. des informations sur l’utilisation des canaux radio par secteur d’antenne, ou par portion de la zone de couverture totale d’une station de base radio située à proximité du capteur. Une telle information peut être collectée, par exemple, à l’aide d’un capteur effectuant des mesures directionnelles ou bien tournant autour d’un axe, à l’aide de plusieurs capteurs, ou à l’aide d’un capteur équipé de plusieurs antennes. v. la localisation et l’altitude du capteur (par exemple, les coordonnées GPS ou des informations préconfigurées), vi. l’instant de début et de fin de chaque émission de fréquences radio détectée.For example, the First Level Report can be enriched by: i. information on the use of radio channels, by technology (eg 60% use on LTE-U, 40% use over Wi-Fi), ii. information on the use of radio channels by type of license (eg, 80% (unlicensed), 20% (licensed)). In the case of the US 3.5GHz band, this information distinguishes GAA user traffic from PAL user traffic when the same frequency is shared, iii. information on the use of radio channels by type of medium access procedure (eg 40% LBT ("listen before talk") or similar, 60% non LBT), iv. information on the use of the radio channels by antenna sector, or by portion of the total coverage area of a radio base station located near the sensor. Such information can be collected, for example, using a sensor making directional measurements or rotating around an axis, using several sensors, or with a sensor equipped with several antennas. v. the location and altitude of the sensor (for example, GPS coordinates or preconfigured information), vi. the start and end time of each detected radio frequency transmission.
Une fois créé, le Rapport de Premier Niveau est transmis au contrôleur de spectre connecté au capteur. Le contrôleur de spectre enregistre ensuite localement ce rapport. C. Création et diffusion du Rapport de Second NiveauOnce created, the First Level Report is transmitted to the spectrum controller connected to the sensor. The spectrum controller then saves this report locally. C. Creation and dissemination of the Second Level Report
Le Rapport de Second Niveau est créé par le contrôleur de spectre à intervalles réguliers, à l’expiration du compteur « TSecondReport ».The Second Level Report is created by the spectrum controller at regular intervals, when the TSecondReport counter expires.
Le Rapport de Second Niveau fournit l’information sur l’utilisation des fréquences radio ou des canaux radio pour une station de base radio ST donnée. Ce rapport combine les informations suivantes: i. l’information sur l’utilisation des fréquences radio ou des canaux radio fournie par les Rapports de Premier Niveau associés à la station de base radio ST. ii. l’information sur l’utilisation des fréquences radio ou les canaux radio fournie par le contrôleur de spectre contrôlant la station de base radio ST. En particulier, cette information inclut les fréquences ou les canaux radio alloués à la station de base radio ST.The Second Level Report provides information on the use of radio frequencies or radio channels for a given radio station ST. This report combines the following information: i. information on the use of radio frequencies or radio channels provided by the First Level Reports associated with the ST radio base station. ii. information on the use of radio frequencies or radio channels provided by the spectrum controller controlling the radio base station ST. In particular, this information includes the frequencies or radio channels allocated to the radio base station ST.
Optionnellement, des données fournies par un tiers pourraient être utilisées lors de la création du Rapport de Second Niveau. Par exemple, des mesures obtenues à partir du réseau de capteurs d’un tiers (par exemple l’ESC - « Environmental Sensing Capability » - dans le cas de la bande US 3.5GHz) pourraient être fournies au contrôleur de spectre à la place ou en complément des mesures des capteurs RFS montrés Figure 1.Optionally, data provided by a third party could be used when creating the Second Level Report. For example, measurements obtained from the third party sensor network (eg ESC - "Environmental Sensing Capability" - in the case of the US 3.5GHz band) could be provided to the spectrum controller instead or in addition to the measurements of the RFS sensors shown in Figure 1.
La Figure 4 montre un exemple de Rapport de Second niveau associé à une station de base radio ST donnée. Cet exemple montre, pour chaque canal radio, le pourcentage d’occupation et une indication sur le fait que le canal radio est alloué ou non à la station de base radio ST.Figure 4 shows an example of a Second Level Report associated with a given ST radio base station. This example shows, for each radio channel, the percentage of occupancy and an indication that the radio channel is allocated or not to the ST radio base station.
Pour déterminer l’occupation de fréquence radio ou de canal radio, le contrôleur de spectre calcule, pour chaque fréquence radio ou canal radio, la moyenne de toutes les valeurs reçues dans les Rapports de Premier Niveau depuis le dernier Rapport de Second Niveau créé.To determine the radio frequency or radio channel occupancy, the spectrum controller calculates, for each radio frequency or radio channel, the average of all the values received in the First Level Reports since the last created Second Level Report.
La Figure 5 montre un exemple de création de Rapport de Second Niveau. La valeur 58% indiquée dans le Rapport de Second Niveau pour le canal 1 correspond à la moyenne de toutes les valeurs indiquées pour le canal 1 dans les Rapports de Premier Niveau reçus dans les dernières ' « TSecondLevel » secondes écoulées. De plus l’information « Non utilisé par ST » dans la troisième colonne de la table indique que le canal 1 n’est pas utilisé pour le moment par la station de base radio ST pour la transmission ou la réception.Figure 5 shows an example of creating a Second Level Report. The 58% value shown in the Second Level Report for Channel 1 is the average of all the values shown for Channel 1 in the First Level Reports received in the last '' TSecondLevel 'seconds elapsed. In addition the information "Not used by ST" in the third column of the table indicates that channel 1 is not currently used by the ST radio base station for transmission or reception.
La valeur de « TSecondReport » est typiquement significativement plus grande que la valeur de « TFirstReport ». Un exemple pourrait être de donner la valeur « 30 secondes » à « TSecondReport » et la valeur « 1 seconde » à « TFirstReport ». La valeur « TSecondReport » est définie de sorte que les fluctuations de très courte de durée (par exemple à l’échelle du paquet de données) ne sont pas reflétées dans la valeur d’occupation associée à une fréquence radio ou un canal radio incluse dans le Rapport de Second Niveau.The value of "TSecondReport" is typically significantly larger than the value of "TFirstReport". An example might be to set the value "30 seconds" to "TSecondReport" and the value "1 second" to "TFirstReport". The value "TSecondReport" is defined so that very short fluctuations in duration (for example at the data packet scale) are not reflected in the occupancy value associated with a radio frequency or a radio channel included in the Second Level Report.
Dans le cas où plusieurs capteurs RFS sont déployés autour d’une station de base radio ST, le contrôleur de spectre reçoit un Rapport de Premier Niveau de chaque capteur. Le contrôleur de spectre peut ensuite calculer la moyenne des valeurs d’occupation de fréquence radio ou de canal radio fournies dans tous ces Rapports de Premier Niveau.In the case where multiple RFS sensors are deployed around an ST radio base station, the spectrum controller receives a First Level Report from each sensor. The spectrum controller can then calculate the average of the radio frequency or radio channel occupancy values provided in all these First Level Reports.
Lorsque plus d’information est disponible dans le Rapport de Premier Niveau (par exemple l’occupation par technologie, par secteur, etc.), le Rapport de Second Niveau peut être enrichi en conséquence.When more information is available in the First Level Report (eg occupation by technology, sector, etc.), the Second Level Report can be enriched accordingly.
De plus, des informations sur la station de base radio ST associée au contrôleur de spectre peuvent être incluses dans les Rapports de Second Niveau, telles que : i. Des informations permettant de déterminer la zone de couverture de la station de base radio ST, telles que : - la localisation et l’altitude de la station de base radio ST (par exemple les coordonnées GPS ou des informations préconfigurées), - une information indiquant si la station de base radio ST est située à l’intérieur ou dehors, la hauteur de l’antenne par rapport au niveau du sol, - la puissance de transmission maximale de la station de base radio ST. ii. Une indication, pour chaque fréquence radio ou canal radio, sur le pourcentage de trafic associé à la station de base radio ST. Cette information pourrait être déterminée, par exemple, en utilisant l’information fournie par la station de base radio ST via l’interface [Cl] sur la quantité de trafic uplink et downlink associé à la station de base radio ST.In addition, information on the radio base station ST associated with the spectrum controller may be included in the Second Level Reports, such as: i. Information to determine the coverage area of the ST radio base station, such as: - the location and altitude of the ST radio base station (eg GPS coordinates or preconfigured information), - information indicating if the ST radio base station is located indoors or outdoors, the height of the antenna in relation to the ground level, - the maximum transmission power of the ST radio base station. ii. An indication, for each radio frequency or radio channel, of the percentage of traffic associated with the radio base station ST. This information could be determined, for example, by using the information provided by the radio base station ST via the interface [C1] on the amount of uplink and downlink traffic associated with the radio base station ST.
Une fois créé, le Rapport de Second Niveau est diffusé sur le réseau qui connecte les contrôleurs de spectre. Dans le cas où les contrôleurs de spectre sont connectés au travers d’un réseau IP, cette opération peut être réalisée, par exemple, en diffusant des paquets UDP sur la couche IP, en incluant un port de destination prédéfini. Dans le cas où les contrôleurs de spectre sont centralisés, cette étape n’est pas nécessaire.Once created, the Second Level Report is broadcast over the network that connects the spectrum controllers. In the case where the spectrum controllers are connected through an IP network, this operation can be performed, for example, by broadcasting UDP packets on the IP layer, including a predefined destination port. In the case where the spectrum controllers are centralized, this step is not necessary.
Lorsque des contrôleurs de spectre associés à des stations de base radio de multiples opérateurs sont connectés au même réseau de contrôleurs de spectre, une partie de l’information fournie dans les Rapports de Second Niveau peut être encryptée (par exemple en utilisant la clé publique du certificat d’un opérateur) afin qu’elle ne soit accessible (par exemple en utilisant la clé privée du certificat d’un opérateur) qu’aux contrôleurs de spectre associés aux stations de base radio du même opérateur. D. Réception des Rapports de Second NiveauWhen spectrum controllers associated with radio base stations of multiple operators are connected to the same network of spectrum controllers, some of the information provided in the Second Level Reports may be encrypted (for example by using the public key of the spectrum controller). certificate of an operator) so that it is accessible (for example by using the private key of the certificate of an operator) than to the spectrum controllers associated with the radio base stations of the same operator. D. Receiving Second Level Reports
Chaque contrôleur de spectre reçoit tous les Rapports de Second Niveau diffusés sur le réseau qui les connecte entre eux.Each spectrum controller receives all Second Level Reports broadcast on the network that connects them to each other.
Le contrôleur de spectre peut ne stocker qu’un sous-ensemble de ces Rapports de Second Niveau. Par exemple, le contrôleur de spectre peut ne stocker que les Rapports de Second Niveau associés aux contrôleurs de spectre des STs voisins.The spectrum controller may store only a subset of these Second Level Reports. For example, the spectrum controller can store only the Second Level Reports associated with the spectrum controllers of the neighboring STs.
La liste des stations STs voisines peut être configurée dans chaque contrôleur de spectre, par exemple par l’opérateur. Dans une autre alternative, les stations STs voisines peuvent être détectées automatiquement à l’aide des informations sur les STs incluses dans les Rapports de Second Niveau, telles que les coordonnées GPS, l’altitude et la taille de la zone de couverture. E. Optimisation de l’allocation de fréquence radio ou de canal radioThe list of neighboring ST stations can be configured in each spectrum controller, for example by the operator. Alternatively, neighboring STs can be automatically detected using the STs information included in the Second Level Reports, such as GPS coordinates, altitude, and coverage area size. E. Optimization of Radio Frequency or Radio Channel Allocation
Cette étape peut être initiée à intervalles réguliers, ou à la réception d’une requête de modification de l’usage du spectre, par exemple lorsqu’une plus grande bande passante est requise, ou lorsque moins de bande passante est nécessaire. Une telle requête peut être envoyée directement par la station de base radio ST via l’interface Cl, ou au travers d’un contrôleur de réseau via les interfaces C2 et C3.This step may be initiated at regular intervals, or upon receipt of a request to change spectrum usage, for example when greater bandwidth is required, or when less bandwidth is required. Such a request can be sent directly by the radio base station ST via the interface C1, or through a network controller via the interfaces C2 and C3.
Durant cette étape, le contrôleur de spectre utilise l’information incluse dans les Rapports de Second Niveau afin d’identifier les fréquences ou les canaux radio optimaux pouvant être alloués à la station de base radio ST.During this step, the spectrum controller uses the information included in the Second Level Reports to identify the optimal radio frequencies or channels that can be allocated to the ST radio base station.
Les critères pour sélectionner les meilleures fréquences radio ou canaux radio, peuvent être constitués, par exemple, d’une combinaison des suivants : i. maximiser le débit total de toutes les STs appartenant au même réseau, ii. garantir un débit minimal, pour chaque ST appartenant au même réseau, iii. maximiser la diversité des canaux radio alloués sur le réseau de STs. Cela permet de diminuer le nombre de STs devant être reconfigurées simultanément lorsqu’un utilisateur primaire est détecté sur un canal radio donné. L’algorithme exact utilisé par le contrôleur de spectre est hors du cadre de la présente invention. Afin de maximiser le débit total, tout en assurant l’équité, les règles suivantes peuvent être utilisées, de manière combinée : i. Choisir en priorité les canaux radio peu utilisés, ii. Choisir en priorité les canaux radio peu utilisés par les stations STs voisines, iii. Choisir en priorité les canaux radio sur lesquels l’estimation des interférences avec les stations voisines STs est faible. o Le niveau d’interférence avec une station de base radio ST voisine peut être estimé en utilisant les données fournies dans les Rapports de Second Niveau, par exemple à l’aide d’une Carte de l’Environnement Radio (REM), ainsi que les données fournies par l’opérateur du réseau de STs, telles que : i. L’estimation des zones de couverture se recoupant entre les STs, en 2 ou 3 dimensions, ii. Une indication sur le fait que les stations STs sont installées à l’intérieur ou à l’extérieur d’un bâtiment, iii. Les résultats de procédures de calibrage. iv. Choisir en priorité les canaux radio sur lesquels le même type de procédure d’accès au médium ou la même technologie d’accès que celle utilisée par ST est utilisée. L’action résultant de l’algorithme d’optimisation peut consister à utiliser de nouveaux canaux radio en plus ou à la place des canaux radio en cours d’utilisation. Lorsque plusieurs canaux radio sont utilisés, le contrôleur de spectre peut indiquer un poids pour chaque canal radio à la station de base radio ST, afin que plus de trafic soit envoyé sur les canaux faiblement utilisés.The criteria for selecting the best radio frequencies or radio channels may be, for example, a combination of the following: i. maximize the total throughput of all STs belonging to the same network, ii. guarantee a minimum bit rate, for each ST in the same network, iii. maximize the diversity of radio channels allocated on the ST network. This reduces the number of STs to be reconfigured simultaneously when a primary user is detected on a given radio channel. The exact algorithm used by the spectrum controller is outside the scope of the present invention. In order to maximize the total throughput, while ensuring fairness, the following rules can be used, in combination: i. Prioritize radio channels that are not widely used, ii. Choose as a priority the radio channels that are rarely used by neighboring ST stations, iii. Choose radio channels on which interference estimation with neighboring stations STs is low. o The level of interference with a neighboring ST radio base station can be estimated using the data provided in the Second Level Reports, for example using a Radio Environment Card (REM), as well as the data provided by the network operator of STs, such as: i. The estimation of overlapping coverage areas between TS, in 2 or 3 dimensions, ii. An indication that ST stations are installed inside or outside a building, iii. The results of calibration procedures. iv. Choose as a priority the radio channels on which the same type of access procedure to the medium or the same access technology used by ST is used. The action resulting from the optimization algorithm may be to use new radio channels in addition to or instead of the radio channels in use. When multiple radio channels are used, the spectrum controller may indicate a weight for each radio channel at the radio base station ST, so that more traffic is sent on the weakly used channels.
La Figure 6 montre un exemple d’utilisation du Rapport de Second Niveau.Figure 6 shows an example of using the Second Level Report.
Dans cet exemple, ST2 a deux voisins : STI et ST3. A l’expiration du compteur « TOptimize », le contrôleur de spectre de ST2 analyse le Rapport de Second Niveau local, ainsi que les Rapports de Second Niveau reçus des contrôleurs de spectre des deux stations STs voisines.In this example, ST2 has two neighbors: STI and ST3. At the expiration of the "TOptimize" counter, the ST2 spectrum controller analyzes the local Second Level Report, as well as the Second Level Reports received from the spectrum controllers of the two neighboring ST stations.
Le contrôleur de spectre de ST2 détermine que : - Le canal en cours d’utilisation par ST2 est fortement occupé (le Rapport de Second Niveau de SM2 indique une valeur de 99% pour le canal 3). - Le canal 1 n’est utilisé par aucune station ST voisine mais est fortement utilisé. - Le canal 2 n’est utilisé par aucune station ST voisine et est modérément occupé. A l’aide de cette information, le contrôleur de spectre de ST2 décide de commencer à utiliser le canal 2 au lieu du canal 3.The ST2 spectrum controller determines that: - The channel in use by ST2 is heavily occupied (the SM2 Second Level Report indicates a value of 99% for channel 3). - Channel 1 is not used by any neighboring ST station but is heavily used. - Channel 2 is not used by any neighboring ST station and is moderately busy. Using this information, the ST2 spectrum controller decides to start using channel 2 instead of channel 3.
La Figure 7 montre un autre exemple d’utilisation du Rapport de Second Niveau.Figure 7 shows another example of using the Second Level Report.
Dans cet exemple, le Rapport de Second Niveau inclut des informations supplémentaires indiquant le le pourcentage de trafic (descendant ou downlink et montant ou uplink) en provenance de la station ST associée au contrôleur de spectre. A l’expiration du timer « TOptimize », le contrôleur de spectre de ST2 analyse les Rapports de Second Niveau locaux, ainsi que les Rapports de Second Niveau reçus des contrôleurs de spectre des stations voisines STs.In this example, the Second Level Report includes additional information indicating the percentage of traffic (downlink or downlink and amount or uplink) from the ST station associated with the spectrum controller. When the timer "TOptimize" expires, the ST2 spectrum controller analyzes the local Second Level Reports, as well as the Second Level Reports received from the spectrum controllers of the neighboring stations STs.
Le contrôleur de spectre de ST2 détermine que : - Le canal en cours d’utilisation est fortement occupé (le Rapport de Second Niveau de SM2 indique une valeur de 100% pour le canal 2). - Le canal 3 est moins occupé que le canal 2. - Le canal 1 est moins occupé que le canal 2.The ST2 spectrum controller determines that: - The channel in use is heavily occupied (the SM2 Second Level Report indicates a value of 100% for channel 2). - Channel 3 is less busy than Channel 2. - Channel 1 is less busy than Channel 2.
Bien que le canal 1 et le canal 3 ont le même niveau occupation (95%), le canal 3 est plus occupé par du trafic associé à des stations voisines STs que le canal 1. En effet, SMI indique que 90% du trafic sur le canal 3 correspond à du trafic émis ou reçu par STI, alors que SM3 indique que seulement 40% du trafic sur le canal 1 correspond à du trafic reçu ou émis par ST3. A partir de cette information, le contrôleur de spectre de ST2 décide d’utiliser le canal 1 à la place du canal 2.Although channel 1 and channel 3 have the same level of occupancy (95%), channel 3 is more busy with traffic associated with neighboring stations STs than channel 1. Indeed, SMI indicates that 90% of traffic on channel 3 corresponds to traffic sent or received by STI, while SM3 indicates that only 40% of traffic on channel 1 corresponds to traffic received or transmitted by ST3. From this information, the ST2 spectrum controller decides to use channel 1 instead of channel 2.
La Figure 8 montre un autre exemple d’utilisation du Rapport de Second Niveau.Figure 8 shows another example of using the Second Level Report.
Dans cet exemple, l’information sur les zones de couverture se superposant entre les STs est connue par les contrôleurs de spectre, par exemple à partir de l’estimation de la propagation obtenue à l’aide d’une carte d’environnement radio (REM) embarquée. A la réception d’une requête pour allouer un nouveau canal à ST2, le contrôleur de spectre SM2 analyse le Rapport de Second Niveau ainsi que les Rapports de Second Niveau reçus des contrôleurs de spectre des STs voisines.In this example, the information on coverage areas superimposed between the STs is known by the spectrum controllers, for example from the estimation of the propagation obtained with the aid of a radio environment card ( REM) on board. Upon receipt of a request to allocate a new channel to ST2, the spectrum controller SM2 analyzes the Second Level Report as well as the Second Level Reports received from the spectrum controllers of the neighboring STs.
Le contrôleur de spectre de ST2 détermine que : - Le canal 1 est fortement occupé, - Le canal 2, utilisé par STI, et le canal 3, utilisé par ST3 sont faiblement occupés.The spectrum controller of ST2 determines that: - Channel 1 is heavily occupied, - Channel 2, used by STI, and channel 3, used by ST3 are weakly occupied.
Bien que l’occupation par STI du canal 2 (80%) est inférieure à l’occupation par ST3 du canal 3 (92%), la zone de couverture commune à ST2 et STI est bien plus importante que la zone de couverture commune à ST2 et ST3.Although the TSI occupancy of channel 2 (80%) is less than the ST3 occupancy of channel 3 (92%), the common coverage area at ST2 and STI is much larger than the common coverage area at ST2 and ST3.
En conséquence, le contrôleur de spectre de ST2 décide d’allouer le canal 3 à ST2.As a result, the spectrum controller of ST2 decides to allocate channel 3 to ST2.
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