FR3056065A1

FR3056065A1 - Procede de transmission comp avec contrainte d'augmentation de gain, produits programme et dispositif correspondants

Info

Publication number: FR3056065A1
Application number: FR1658643A
Authority: FR
Inventors: Nivine Abbas; Berna Sayrac
Original assignee: Orange SA
Current assignee: Orange SA
Priority date: 2016-09-15
Filing date: 2016-09-15
Publication date: 2018-03-16
Also published as: WO2018050995A1

Abstract

L'invention concerne un procédé (1) de transmission en voie descendante entre au moins une cellule (S = {S1, S2,..., SKmax-1}) d'un réseau d'accès et un terminal. Le terminal est servi par une cellule serveuse du réseau d'accès et bénéficie d'un débit (r) en l'absence de coopération d'autre cellule du réseau d'accès. Le procédé détermine (5) un gain en débit de cellules candidates à la coopération pour déterminer (6) les cellules coopérantes (C).

Description

056 065

58643 ® RÉPUBLIQUE FRANÇAISE

INSTITUT NATIONAL DE LA PROPRIÉTÉ INDUSTRIELLE © N° de publication :

(à n’utiliser que pour les commandes de reproduction)

©) N° d’enregistrement national

COURBEVOIE © Int Cl⁸ : H 04 W16/22 (2017.01), H 04 W28/08, H 04 B 7/024, G 06 F 17/10

DEMANDE DE BREVET D'INVENTION A1

©) Date de dépôt : 15.09.16. (© Priorité :	(© Demandeur(s) : ORANGE Société anonyme — FR.
	@ Inventeur(s) : ABBAS NIVINE et SAYRAC BERNA.
©) Date de mise à la disposition du public de la demande : 16.03.18 Bulletin 18/11.
©) Liste des documents cités dans le rapport de recherche préliminaire : Se reporter à la fin du présent fascicule
(© Références à d’autres documents nationaux apparentés :	©) Titulaire(s) : ORANGE Société anonyme.
©) Demande(s) d’extension :	(© Mandataire(s) : ORANGE.

PROCEDE DE TRANSMISSION COMP AVEC CONTRAINTE D'AUGMENTATION DE GAIN, PRODUITS PROGRAMME ET DISPOSITIF CORRESPONDANTS.

FR 3 056 065 - A1 (5T) L'invention concerne un procédé (1) de transmission en voie descendante entre au moins une cellule (S = {S-| Sg,..., S_Kmax_-|}) d'un réseau d'accès et un terminal. Le ter^:minai est servi par une cellule serveuse du réseau d'accès et bénéficie d'un débit (r) en l'absence de coopération d'autre cellule du réseau d'accès. Le procédé détermine (5) un gain en débit de cellules candidates à la coopération pour déterminer (6) les cellules coopérantes (C).

Procédé de transmission CoMP avec contrainte d’augmentation de gain, produits programme et dispositif correspondants

Domaine de l’invention

De manière générale, la présente invention concerne le domaine des télécommunications. Plus précisément, le domaine de l’invention est celui de la transmission dans un réseau d’accès de type cellulaire avec fonction CoMP.

Art antérieur

Un réseau d’accès cellulaire a une topologie qui est classiquement représentée de manière schématique par la figure 1. La topologie du réseau d’accès AN comprend des cellules (cell) CE, CEs, CEc. Chaque cellule est associée à une station de base BS localisée géographiquement en un site. Les cellules ont une certaine portée radio schématisée par un hexagone. Une station de base peut-être multi cellulaires lorsqu’elle est équipée de plusieurs antennes d’émission comme illustrée par la figure 2 ou lorsqu’elle utilise une antenne pluri sectoriels. La portée d’une telle cellule est schématisée par le tiers d’un hexagone sur la figure 2.

Un terminal mobile UE ou terminal, dit parfois équipement d’utilisateur ou utilisateur, peut être servi par une cellule si la puissance qu’il reçoit de cette cellule dépasse un certain seuil, le terminal est dit couvert par la cellule ou dans la portée de la cellule. Lorsque le terminal est couvert par plusieurs cellules, le signal reçu le plus puissant détermine généralement la cellule serveuse.

En reprenant la terminologie associée à la représentation de la figure 1, un terminal proche du centre d’une cellule (i.e proche d’une station de base) va généralement bénéficier d’un niveau de puissance reçu élevé émis par cette cellule.

Une cellule est dite serveuse si le terminal a une communication établie via cette cellule. La sélection d’une cellule serveuse selon le LTE release 8 est basée sur la puissance moyenne reçue de signaux de référence (RSRP : Reference Signal Received Power). La cellule avec la puissance RSRP la plus forte a le rôle de cellule serveuse. Un terminal peut recevoir des signaux émis par d’autres cellules qui ne sont pas sa cellule serveuse. Ces signaux sont dits interférents, ils brouillent le signal venant de sa cellule serveuse augmentant le bruit reçu par ce terminal. Le bruit reçu par un terminal limite le débit dont ce terminal peut bénéficier et a donc un impact négatif sur la capacité du réseau d’accès.

Lorsque le terminal est localisé en limite ou bordure de cellule (cell edge), le phénomène d’interférence est particulièrement important. En effet, le terminal est plus susceptible de recevoir des signaux de niveaux de puissance proches entre eux provenant de cellules différentes qu’un terminal proche du centre de la cellule. La qualité du signal reçu par le terminal émis par sa cellule serveuse est dégradée par l’interférence limitant ainsi le débit dont le terminal peut bénéficier.

Les travaux au sein du 3GPP dans le cadre du standard LTE-advanced ont conduit à la détermination de transmissions avec coordination entre points d’un réseau d’accès selon une technique dite CoMP (Coordinated multipoint). Selon ces transmissions CoMP, une coordination intervient entre plusieurs points d’un groupe de points (cluster) dit de coordination pour éliminer l’interférence que peut recevoir un terminal en particulier en bord de cellule ou pour transformer cette interférence reçue par le terminal en signal utile pour ce terminal. Un terminal servi par la coopération de deux ou plusieurs cellules est défini comme un terminal CoMP. Dans ce document, le terme coopération est utilisé dans le même sens que coordination.

Les groupes de coordination peuvent être initialement définis par l’opérateur du réseau d’accès et/ou ils peuvent être paramétrables par exemple en fonction d’indicateurs remontés par les terminaux mobiles (CQI, PMI, RI). Eventuellement, l’opérateur définit des sous-groupes au sein des groupes. Les plusieurs points dits points coopérants ou cellules coopérantes peuvent appartenir à un sous-groupe d’un groupe de coordination. Un terminal mesure le signal reçu de sa cellule serveuse et d’autres cellules qui peuvent l’interférer. Pour limiter la remontée d’indicateurs du terminal vers sa cellule serveuse et vers d’autres cellules via l’ossature (backhaul), les cellules coopérantes peuvent être limitées à un sous-groupe du groupe de coordination défini par la cellule serveuse.

La figure 3 illustre un réseau d’accès avec plusieurs groupes de coordination, chaque groupe étant identifié par un niveau de gris.

Selon [1], un point est un jeu d’antennes géographiquement co-localisées mais les secteurs d’un même site correspondent à des points différents. Un point définit une seule et unique cellule.

On distingue plusieurs schémas de transmissions CoMP.

Un premier schéma dit joint processing (JP) recouvre les transmissions dites joint transmission (JT), les transmissions dites dynamic point sélection (DPS) et les transmissions dites dynamic point blanking (DPB). Les transmissions JT et les transmissions DPS sont décrites par [2] et illustrées par les figures 4a et 4b de [2]. Selon les transmissions JT au moins deux cellules coopérantes, une cellule serveuse et une autre cellule coopérante, transmettent simultanément pour servir un même utilisateur. Selon les transmissions DPS, une seule cellule parmi les cellules d’un groupe de coordination transmet à un instant donné. Par contre, une commutation dynamique intervient entre la cellule serveuse à laquelle l’utilisateur est associé à un instant donné et une cellule dite coopérante parmi les cellules du groupe de coordination. La commutation intervient vers la cellule du groupe de coordination qui a le meilleur lien radio. Selon les transmissions DPB, au moins une cellule coopérante du groupe de coordination est réduite au silence pendant qu’une cellule serveuse sert un utilisateur pour limiter les interférences qui affectent l’utilisateur.

Un second schéma illustré par la figure 4c de [2] est dit coordinated scheduling/beamforming (CS/CB). Selon ce schéma, les données pour un utilisateur sont transmises par une seule cellule parmi les cellules d’un groupe de coordination. Les décisions d’ordonnancement (scheduling) et les faisceaux (beam) sont coordonnés entre les cellules du groupe de coordination pour contrôler l’interférence générée.

L’invention trouve son origine dans le contexte de transmissions JT selon un mécanisme CoMP en liaison descendante. Le schéma de transmission des transmissions JT nécessitent la détermination d’au moins une cellule coopérante outre la cellule serveuse parmi les cellules identifiées par leur appartenance à un groupe de coordination (cluster). Toutefois, l’invention peut s’appliquer à des transmissions DPB.

Selon [3], le choix de la cellule serveuse défini le groupe de coordination puisqu’une cellule appartient à un et un seul groupe de coordination. Selon les auteurs, lorsque la différence entre la puissance moyenne reçue (RSRP) d’une cellule voisine P_cet la puissance moyenne reçue de la cellule serveuse P_s est inférieure à un certain seuil ΔΡ fixe prédéfini à l’avance (ex 3dB, ... 12dB), la cellule voisine est définie comme une cellule coopérante pour le terminal servi par cette cellule serveuse :

\P_S — P_c\ < ΔΡ (1).

Le sous-groupe de cellules coopérantes pour le terminal comprend les cellules dont la puissance moyenne reçue vérifie la relation (1). Le sous-groupe des cellules coopérantes vis-à-vis du terminal est ainsi mis à jour au fil du temps sur la base des mesures de puissances réalisées par le terminal. La mise en œuvre de la relation (1) nécessite de surmonter la difficulté associée à la détermination de la valeur optimale du seuil ΔΡ qui dépend de plusieurs facteurs : le scénario et le niveau d’interférence dans le réseau (par exemple système avec formation de voies (beamforming) avec lequel le niveau d’interférence est faible par construction, système sans formation de voies pour lequel le niveau d’interférence peut être élevé), réseau homogène, réseau HetNet où des cellules de petites tailles sont déployées), le schéma de transmission, la détermination des groupes de coordination, etc ...

Or les transmissions JT, et plus généralement les transmissions CoMP de type JT ou DPB ont pour inconvénient une consommation excessive de ressources radio due au fait que plusieurs ressources radio (de différentes cellules) sont dédiées à un même utilisateur. Par suite, si le gain de débit des terminaux consommant plusieurs ressources n’est pas suffisamment grand pour compenser les pertes dues à cette consommation excessive de ressources, les performances sont dégradées. La capacité du système à traiter tout le trafic notamment lorsque le réseau est très chargé est alors altérée. Ceci peut dégrader la condition de stabilité du système.

Caractéristiques principales de l’invention

L’invention a pour objet un procédé de de transmission en voie descendante entre au moins une cellule d’un réseau d’accès et un terminal, le terminal servi par une cellule du réseau d’accès dite serveuse bénéficiant d’un débit r en l’absence de coopération d’autre cellule du réseau d’accès lors de la transmission. Le procédé comprend :

- initialiser un indice j à zéro, un débit r_b au débit r, un ensemble C de cellules coopérantes à l’ensemble vide,

- pour chaque cellule dite cellule courante d’indice i = [1, ---,Κ^,αχ — 1] parmi /f_max ^— 1 cellules du réseau d’accès dites candidates à une coopération avec la cellule serveuse lors de la transmission vers le terminal, prises par valeur décroissante de puissance reçue par le terminal, β^ι étant un gain au débit dont bénéficie le terminal apporté par la coopération de la cellule d’indice i et βγ étant une contrainte déterminée relative au gain β^ι, si la différence de débit relativement au débit r entre le débit r( obtenu avec la coopération de toutes les cellules candidates jusqu’à la cellule courante d’indice i et le débit r- obtenu avec la coopération des cellules incluses dans l’ensemble C, j étant l’indice le plus élevé des cellules incluses dans l’ensemble C, est plus grand que r·' rla somme des contraintes βγ : -f — y > Σκ=7+ι/?τ alors inclure toutes les cellules d’indices k = [j + 1,t] dans l’ensemble C.

Ainsi, le procédé de transmission détermine un ensemble C de cellules coopérantes à partir de cellules du réseau d’accès pour coopérer lors de la transmission entre la cellule serveuse et le terminal. Selon un premier mode, cette coopération peut se manifester par une transmission simultanée avec la cellule serveuse vers le terminal dans le cas d’une transmission selon un schéma JT. Selon un autre mode, cette coopération peut se manifester par un silence imposé aux cellules coopérantes (extinction des cellules) lors de la transmission entre la cellule serveuse et le terminal dans le cas d’une transmission selon un schéma DPB.

Pour chaque cellule candidate, par exemple ordonnée dans une liste, prise par niveau de puissance décroissant, le procédé examine son apport au débit de coopération des cellules coopérantes relativement au débit obtenu avec la cellule serveuse seule i.e. sans coopération. Si l’apport sur le débit de coopération est supérieur à une somme de contraintes relatives aux cellules dont l’indice va de celui de la cellule courante à celui plus un de la dernière cellule sélectionnée incluse dans l’ensemble alors le procédé sélectionne toutes les cellules jusqu’à la cellule courante pour être cellules coopérantes et les inclue dans l’ensemble. Chaque contrainte traduit l’augmentation de gain au débit de coopération que doit apporter la coopération d’une cellule pour être sélectionnée et être incluse dans l’ensemble des cellules coopérantes.

En considérant une topologie symétrique du réseau d’accès, chacune des augmentations de gain β¹ i = [1, ...,K_max — 1] doit être de 100%. Chacune des contraintes β·'_Γ est alors déterminée avec une valeur supérieure ou égale à 100%. La cellule courante peut ne pas apporter seule un gain suffisant. Cependant, elle peut être sélectionnée lors de l’examen de la cellule courante suivante si sa coopération avec cette cellule apporte un gain d’au moins 200%. Une telle situation peut intervenir lorsque les cellules voisines de la cellule serveuse causent des interférences au signal reçu par le terminal de niveaux comparables entre eux. La coopération d’une seule des deux cellules n’ apporte pas de gain suffisant, par contre la coopération des deux cellules peut apporter un gain significatif suffisant. Le terminal peut alors être servi simultanément par la coopération des cellules sélectionnées et de la cellule serveuse. Le terminal bénéficiant de cellules coopérantes est dit CoMP.

Dans le cas d’un réseau d’accès formant une topologie de réseau non symétrique, la valeur de contrainte β·'_Γ d’augmentation de gain dépend de la cellule i, les valeurs de contrainte β-_Γ peuvent ne pas être toutes identiques entre elles.

Selon un mode de réalisation, les cellules du réseau d’accès sont groupées dans des groupes différents, l’appartenance de la cellule serveuse à un des groupes identifie ce groupe comme regroupant les K_max — 1 cellules candidates.

Selon ce mode, des groupes (clusters) sont identifiés, par exemple par l’opérateur du réseau d’accès. Ainsi, lorsqu’un terminal est servi par une cellule appartenant à un des groupes, les cellules qui peuvent être sélectionnées pour coopérer avec cette cellule serveuse sont au plus dans le même groupe. Ce mode peut avoir pour avantage de limiter des remontées d’indicateurs entre le terminal et la cellule serveuses et de limiter des échanges entre les cellules serveuse et candidates.

Selon un mode de réalisation, les valeurs de contrainte βγ d’augmentation de gain des cellules candidates sont toutes identiques entre elles.

Ce mode est plus particulièrement adapté à un ensemble de cellules candidates considérées comme formant une topologie de réseau symétrique.

Selon un mode de réalisation, le procédé comprend en outre la réception par le terminal de la valeur βγ de contrainte d’augmentation de gain de chaque cellule candidate d’indice i.

Ce mode est particulièrement adapté à une mise en œuvre du procédé par le terminal. Chaque cellule candidate fait des mesures pour déterminer la valeur d’un facteur d’augmentation du trafic en bordure de sa cellule. La cellule détermine alors une valeur de la contrainte d’augmentation de gain β·'_Γ qui soit supérieure au facteur d’augmentation mesuré sur une période donnée et la transmet au terminal qui la réceptionne. Cette transmission peut intervenir via une ossature (backhaul) reliant les différentes cellules dont la cellule serveuse. La cellule serveuse transmet ensuite au terminal les contraintes.

Selon un mode de réalisation, le procédé comprend en outre la réception par la cellule serveuse d’indicateurs sur les valeurs de puissance reçue par le terminal provenant des cellules candidates d’indice i ainsi que sur une valeur d’interférence résiduelle. Les indicateurs sont donc transmis par le terminal à sa cellule serveuse.

Ce mode de réalisation est plus particulièrement adapté à une mise en œuvre du procédé par la cellule serveuse du terminal.

Selon un mode de réalisation, le procédé comprend en outre la réception par la cellule serveuse de la valeur βγ de contrainte d’augmentation de gain de chaque cellule candidate d’indice i. Chaque cellule candidate d’indice i transmet donc à la cellule serveuse la valeur β_ρ de contrainte d’augmentation de gain.

Chaque cellule candidate fait des mesures pour déterminer la valeur d’un facteur d’augmentation du trafic en bordure de sa cellule. La cellule candidate détermine alors une valeur de la contrainte d’augmentation de gain β·'_Γ qui soit supérieure au facteur déterminé sur une période donnée et la transmet à la cellule serveuse.

L’invention a en outre pour objet un terminal mobile servi en voie descendante par une cellule d’un réseau d’accès dite serveuse et qui bénéficie d’un débit r en l’absence de coopération d’autre cellule du réseau d’accès lors de la transmission entre la cellule et le terminal. Le terminal comprend :

- un moyen d’initialisation d’un indice j à zéro, d’un débit τθ au débit r, d’un ensemble C de cellules coopérantes à l’ensemble vide,

- un moyen de calcul adapté tel que, pour chaque cellule dite cellule courante d’indice i = [1,..., K_max — 1] parmi K_max — 1 cellules du réseau d’accès dites candidates à une coopération avec la cellule serveuse lors de la transmission vers le terminal, prises par valeur décroissante de puissance reçue par le terminal, β^ι étant un gain au débit dont bénéficie le terminal apporté par la coopération de la cellule d’indice i et βγ étant une contrainte déterminée relative au gain β^ι, si la différence de débit relativement au débit r entre le débit r- obtenu avec la coopération de toutes les cellules candidates jusqu’à la cellule courante d’indice i et le débit r- obtenu avec la coopération des cellules incluses dans l’ensemble C, j étant l’indice le plus élevé des cellules incluses r·' r'· dans l’ensemble C, est plus grand que la somme des contraintes βγ : f — y- > Zfc=y+iÆr alors inclure toutes les cellules d’indices k = [j + 1,i] dans l’ensemble C.

Liste des figures

D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante de modes de réalisation, donnés à titre de simple exemples illustratifs et non limitatifs, et des dessins annexés, parmi lesquels :

la figure 1 est un schéma illustrant la topologie de base d’un réseau d’accès cellulaire selon l’état de l’art, la figure 2 est un schéma représentant une topologie de base d’un réseau d’accès cellulaire avec des stations de base à antenne pluri sectoriels définissant des stations de base multi cellulaires selon l’état de l’art, la figure 3 est un schéma d’un réseau d’accès avec plusieurs groupes de coordination, chaque groupe étant identifié par un niveau de gris selon l’état de l’art, la figure 4 est un organigramme d’un procédé selon l’invention, la figure 5 est un schéma de modélisation d’une cellule par une file d’attente selon l’état de l’art, la figure 6 est un schéma illustrant un réseau d’accès homogène avec une topologie hexagonale et une coordination intra-site, la figure 7 est un schéma illustrant, pour le réseau de la figure 6, une zone 1,2 de coordination avec des terminaux qui nécessitent la coordination de deux cellules, la figure 8 est un schéma illustrant, pour le réseau de la figure 6, une zone 1, 2 de coordination avec des terminaux qui nécessitent la coordination de deux cellules et une zone a, b, c de coordination avec des terminaux qui nécessitent la coordination de trois cellules, la figure 9 est un schéma illustrant un réseau d’accès homogène avec une topologie hexagonale et la coordination d’une cellule centrale avec ses voisines, par exemple selon une coordination inter-site, la figure 10 illustre pour une cellule la répartition de ses ressources radio sans coopération CoMP et avec coopération CoMP, la figure 11 représente en hachuré les valeurs qui vérifient l’inéquation v < , avec δΡ = 10 log₁₀ ζ, la figure 12 représente la fonction F selon le standard 3GPP LTE pour un canal

SISO, la figure 13 est un schéma d’un réseau d’accès non-homogène, , non parfaitement symétrique, la figure 14 est une courbe illustrant l’évolution en temps d’un facteur K d’augmentation de trafic en bordure de cellule, la figure 15 est un schéma d’un terminal selon l’invention.

Description de modes de réalisation particuliers

Le contexte de l’invention est celui d’un réseau d’accès comprenant plusieurs cellules. Ces cellules sont groupées dans des groupes différents (cluster) comme illustré par la figure 3. Chaque cellule CE, CEs, CEc est associée à une station de base BS du réseau d’accès AN. Une station de base peut être associée à plusieurs cellules. Comme illustré par la figure 1, des terminaux UE peuvent se trouver en bordure de cellules CE, CEs, CEc.

Le procédé de transmission selon l’invention concerne la voie descendante. La transmission intervient entre au moins une cellule du réseau d’accès AN et un terminal UE. Le terminal est servi par la cellule CEs du réseau d’accès dite serveuse et bénéficie d’un débit r en l’absence de coopération d’autre cellule CEc, CE du réseau d’accès lors de la transmission. Le réseau d’accès comprend un nombre maximal K_max de cellules coopérantes dont la cellule serveuse pour un utilisateur donné.

Un organigramme du procédé est représenté à la figure 4. Le procédé 1 selon l’invention comprend une initialisation 2 et une détermination 3 de cellules coopérantes CEc en examinant successivement l’impact d’une cellule sur la coopération.

Une cellule peut être modélisée par une file d’attente où les utilisateurs arrivent selon un processus aléatoire au taux d’arrivée moyen λ comme illustré par la figure 5. Les utilisateurs sont servis selon la discipline de service PS (processor sharing) telle qu’ils partagent équitablement les ressources de la cellule. Ils sont servis au taux de service global moyen μ.

La charge de la cellule est définit comme le rapport du taux d’arrivée des utilisateurs par le taux de service global moyen de la cellule, soit :

(2)

Pour garantir la stabilité de la cellule, il faut que le taux d’arrivée soit inférieur au taux de service :

λ < μ (3)

La condition de stabilité de la cellule est alors la suivante :

P < 1 (4)

Les conditions radio dans une cellule sont hétérogènes. Les utilisateurs peuvent avoir différents taux moyens de service selon leurs conditions radio (évaluées par le SINR moyen qui prend en compte les pertes de transmission et les zones d’ombre (pathloss et shadowing)) i = 1, ... M. On désigne par μ^ le taux moyen de service associé à la condition radio i et par le pourcentage des utilisateurs bénéficiant d’une condition radio i. La charge de la cellule peut être ainsi exprimée de la manière suivante :

(5) λ

^{p =} ~.

^{p Ll} m i/zê

Le taux moyen de service global μ n’est autre que la moyenne harmonique des différents taux moyens de service :

P — y Pi (6)

Considérons le cas où on divise la cellule en deux zones de conditions radio différentes : la zone de centre de la cellule (cell- center) et la zone de bordure de la cellule (cell-edge). La charge de la cellule est ainsi :

(7)

PcenteN _|_ Pedge^· Pcenter Pedge

Considérons que le réseau d’accès soit homogène avec une topologie hexagonale donc symétrique.

Pour exemple, dans le cas d’une coopération intra-site où les cellules du même site coopèrent entre elles, la zone hachurée sur la figure 6 correspond à la zone de coopération. Sur cette zone les transmissions vers les utilisateurs de la zone 1 et de la zone 2 de la figure 7 nécessitent la coopération de plusieurs cellules pour être servis. Si on considère la cellule de droite CEI de la figure 7, les utilisateurs de la zone 1 sont associés à cette cellule CEI et requièrent la coopération des cellules voisines. Les utilisateurs de la zone 2 sont associés aux cellules voisines et requièrent la coopération de cette cellule CEI. Ces utilisateurs de la zone 2 créent une charge supplémentaire à la cellule CEI puisqu’ils constituent des utilisateurs en plus pour cette cellule CEI, contrairement aux utilisateurs localisés dans la zone 1 qui font partie de ses propres utilisateurs.

Pour la cellule CEI, le trafic (p_ed^_e2)en bit/s en bordure dans la zone 1 (edge) augmente d’un facteur K, le taux d’arrivée à la bordure i.e. pour la zone englobant la zone 1 et la zone 2 devient alors Kp_edge3· Cependant ces utilisateurs situés en bordure servis par plusieurs cellules (deux selon l’illustration) bénéficient d’un gain de débit β (gain de coopération) qui augmente leur taux de service qui devient βμ^εLa nouvelle charge de la cellule devient la suivante :

/ _ K Pedge^- _j_ β Pedg

Pcenter/· ftcenter (8)

Compte tenu que la topologie du réseau est symétrique et selon le nombre considéré de cellules coopérantes dans le cas illustré alors K = 2.

Pour garantir qu’il n’y ait pas de dégradation de la stabilité de la cellule CEI, la nouvelle charge p' de la cellule CEI doit être inférieure à sa charge p en l’absence de coordination :

p' < p	(9)
Il faut donc que :
β > K	(10)
et donc que :
β > 2	(H)
Dit autrement, une cellule	ne coopère que quand sa coopération apporte au moins

un gain moyen de débit de 100%. Ceci implique une contrainte de gain de coordination β_τ = 100%.

L’inéquation (11) donne la condition de stabilité en l’absence de CoMP pour une topologie symétrique.

Selon l’illustration de la figure 8, il y a une zone a, b, c de bordure autour du point commun aux trois hexagones pour laquelle trois cellules coopèrent pour les terminaux qui y sont présents. Les utilisateurs dans la zone référencée b et c créent une charge supplémentaire à la cellule CEI puisque bien qu’ils ne soient pas associés à cette cellule ils bénéficient de la coopération (c’est-à-dire de la transmission) de cette cellule. La charge de la cellule CEI dans la zone de bordure peut s’exprimer sous la forme :

= + ₍1₂₎ftedge ^2,edge ^3,edge

P2,edge ^est I^e pourcentage des utilisateurs dans la zone référencée 1 hors zone a, i.e. les utilisateurs localisés en bordure qui nécessitent la coopération de deux cellules. P2,edge ^est I^e taux de service de ces utilisateurs lorsqu’ils sont servis sans coopération. p3,edge ^est I^e pourcentage des utilisateurs dans la zone de bordure a, , i.e. les utilisateurs localisés en bordure qui nécessitent la coopération de trois cellules, p3iedge ^est I^e taux de service de ces utilisateurs lorsqu’ils sont servis sans coopération.

Le trafic en bordure dans la zone 1 hors zone aaugmente d’un facteur K₂.

Cependant ces utilisateurs en bordure servis par deux cellules bénéficient d’un gain de débit moyen β₂. En outre, le trafic en bordure dans la zone a, augmente d’un facteur K₃.

Cependant ces utilisateurs en bordure servis par trois cellules bénéficient d’un gain de débit moyen β₃. La charge en bordure donnée par l’équation (12) devient donc :

Xz P2,edgeZ _j_ K₃ P₃,edgeZ (13) p2 P-2,edge 83 P-3,edge

En prenant en compte la charge en bordure donnée par l’équation (13), la nouvelle charge de la cellule devient alors :

(14)

La topologie du réseau d’accès étant symétrique, alors K₂ = 2 et K₃ = 3 dans le cas illustré. La garantie d’une absence de dégradation de la stabilité nécessite que : p' <p

Cette condition est vérifiée si :

(>2 — ^2 ^et Z?3 — K3

Par conséquent :

(15) β₂ > 2 et β₃ > 3 (16)

Les inégalités (16) donnent la condition de stabilité de la cellule serveuse en présence de CoMP pour une topologie symétrique.

Dit autrement, une cellule ne coopère que quand sa coopération apporte au moins un gain moyen de débit de 100%. Soit β_τ la contrainte de gain de coordination alors β_τ = 100%.

Dans le cas illustré par la figure 9, les conditions (16) précédentes restent vraies. Selon un exemple illustré par la figure 10, une cellule peut consacrer 3/5 de ses ressources radio aux utilisateurs des cellules voisines dans un cas CoMP, soit 6/7 des ressources qu’elle allouait à ses utilisateurs en bordure (cell-edge) dans le cas sans CoMP sans perdre sa stabilité. La condition pour conserver sa stabilité est que l’engagement de la cellule dans une coopération CoMP avec ses cellules voisines améliore au moins sept fois le débit de ses utilisateurs en bordure.

En référence à la figure 1, P_s est la puissance reçue par le terminal UE provenant de la cellule serveuse CEs et P_c est la puissance reçue de la cellule coopérante CEc. I est l’interférence totale perçue par l’utilisateur provenant de toute les cellules voisines CE à l’exception de la cellule coopérante CEc et N est le bruit. Le rapport signal sur interférence plus bruit, SINR (Signal to noise and interférence ratio), perçu par l’utilisateur en l’absence de coopération est :

Lorsque la cellule CEc coopère avec la cellule serveuse CEs, le SINR devient :

(18)

Pour maintenir la condition de stabilité correspondant aux inégalités (16) en cas de coopération, il faut que le nouveau débit en présence de coopération soit au moins deux fois plus grand que le débit original en absence de coopération, soit un gain de débit relatif dû à la coordination d’au moins 100 %.

Le débit r dont peut bénéficier l’utilisateur lorsqu’il est servi sans coopération peut s’exprimer sous la forme :

(19) avec F une fonction croissante qui permet d’obtenir le débit à partir du SINR.

Dans le cas d’un canal gaussien, la fonction F classique est donnée par la capacité de Shannon:

F(SINR) = Wlog₂(l + SINR) (20) où W est la largeur de bande.

Compte tenu de l’expression (19) du débit et de l’expression (20) de la fonction F alors une augmentation d’au moins 100 % du débit dû au gain apporté par la coordination implique une augmentation d’au moins 100% de log₂(l + SI N R) :

log₂(l + SI N R') > 2 log₂(l + SINR)

Par suite :

^S-E^- > SINR + 2 SINR (21) (22)

Soit en remplaçant SINR et SINR¹ par leur expression :

(23) qui peut s’écrire sous la forme :

En posant :

Pc J + N ζ=/ et v=— (25) alors 5P = 101og_lc^ et n_dB = 101og₁₀n et l’expression précédente (24) devient :

— x« + n)>-^ + 2 u ’ ⁷ ζ+υ (26)

Cette inéquation est vérifiée lorsque :

(27)

La zone hachurée de la figure 11 représente la solution à cette inéquation (27). Cette zone hachurée illustre le fait qu’il n’y a pas une valeur unique de δΡ qui permette de garantir que la cellule coopérante apporte un gain de 100%. Cette figure met en valeur que l’augmentation de débit dû au gain apporté par la coordination dépend du δ P et en outre de l’interférence résiduelle.

Plus l’interférence résiduelle I + N est élevée, plus la puissance reçue de la cellule coopérante P_c doit être proche de la puissance P_s (δP plus petit) pour respecter la garantie d’un gain de débit de 100%.

Par conséquent, il ne faut pas faire coopérer une cellule CEc si t'utilisateur UE est localisé dans une zone qui est fortement interférée par une ou plusieurs autres cellules

CE. Dans ce cas, il est préférable que toutes les cellules interférentes (incluant la cellule CEc) coopèrent ou qu’aucune d’entre elles ne coopère.

Le maintien de la stabilité de la cellule serveuse et donc du réseau d’accès impose qu’une cellule coopérante contribue à une augmentation de débit d’au moins 100% dans le cas d’une topologie symétrique.

Contrairement aux techniques connues qui définissent une cellule coopérante en se basant sur la différence entre les puissances reçues et qui nécessitent de prédéfinir un seuil δΡ, le procédé selon l’invention est basé sur le gain en débit pour déterminer les cellules coopérantes.

§ = {S_1; S₂,S_{K x} } est l’ensemble des cellules candidates à devenir cellules coopérantes avec la cellule serveuse lors de la transmission pour un utilisateur donné. /f_max est le nombre maximal de cellules coopérantes pour un seul utilisateur y compris sa cellule serveuse.

(19) donne l’expression du débit r dont peut bénéficier l’utilisateur lorsqu’il est servi sans coopération.

Le débit r/ dont peut bénéficier l’utilisateur lorsque les n premiers cellules de l’ensemble § coopèrent dans la transmission vers l’utilisateur a pour expression :

g _ p f^’s+Zc-s₁,s_z,...s_n Pç ⁿ \Zuc=s₁,s₂,-s_nPi^+N (28)

Le standard 3GPP LTE, définit la fonction F selon les tableaux d’indicateurs de qualité CQI. Cette fonction a la forme illustrée par la figure 12, pour un canal SISO.

Généralement le réseau d’accès n’est pas parfaitement symétrique, il peut comporter des zones d’ombre (shadowing) et il peut être hétérogène comme illustré par la figure 13. L’hétérogénéité du réseau peut trouver son origine dans une répartition non homogène du trafic, une topologie non symétrique ou une variation du canal dans le temps. Dans ce cas :

K₂ Ψ 2 et K₃ Ψ 3 et alors β_τ Ψ 100%.

Etant donné la charge (8) et la condition de stabilité (10) de la cellule serveuse alors la cellule serveuse et chaque cellule j candidate doivent faire des mesures pour déterminer la bonne valeur du facteur K d’augmentation du trafic en bordure.

K peut être déterminé en se basant sur la moyenne exponentielle temporelle dont l’allure est illustrée par la figure 14 avec une constante de temps t_c. La moyenne temporelle 7f⁷(f) à l’instant t a pour expression :

(29)

NcoMphA c ncoMPi_nterne (f)

N_C0MP^] étant le trafic (i.e. la quantité de données téléchargées en bits/s) associé à la totalité des utilisateurs CoMP impliquant la cellule j dans la transmission, NcoMP_interne ^]étant le trafic associé aux utilisateurs CoMP associés à la cellule j (donc servis par) et demandant la coopération des cellules voisines.

De même le gain moyen de coordination β ⁷ (t) peut être évalué à travers une moyenne exponentielle avec une constante de temps t_c :

où ^ceÎÎ7 _est |_e g_a|_n ^bit moyen des utilisateurs CoMP impliquant la cellule j ⁿcomp^j (JA dans la transmission.

Une contrainte de gain de coordination β_τ ^] de la cellule j doit être déterminée de façon à garantir que :

βί > K> (31) β_τ ^] est la contrainte qu’il faut mettre sur les utilisateurs CoMP des cellules voisines qui nécessitent d’être servis par la cellule j, par exemple β_τ ^] = K^} + δ^}, (δ^} étant un offset déterminé).

A chaque période T (de l’ordre de quelques secondes), chaque cellule j met à jour la contrainte β_τ ^] en se basant sur les mesures faites durant cette période. Les valeurs des β_τ ^] sont échangées entre les cellules candidates puis les cellules coopérantes faisant partie du même groupe. Cet échange peut intervenir au moyen de l’interface X2 en référence à l’infrastructure définie dans le standard LTE, en particulier dans le document de spécification [4].

Lorsque la charge supplémentaire causée à une cellule j dépasse le gain apporté par sa coopération avec ses cellules voisines, la cellule j augmente la contrainte β_τ ^] , diminuant ainsi ses engagements envers ses cellules voisines. Elle est ainsi moins impliquée dans des transmissions à des utilisateurs associés à d’autres cellules. Par contre, dans le cas où la coopération de cette cellule avec d’autres cellules lui apporte un gain suffisamment grand qui compense la charge supplémentaire qui lui est causée, la cellule peut diminuer la contrainte β_τ ^] pour accepter plus d’utilisateurs CoMP de l’extérieur.

Le déroulement du procédé selon un premier mode de réalisation de l’invention illustré par la figure 4 est donc le suivant. Ce premier mode de réalisation du procédé selon l’invention est exprimé en pseudo langage C à l’annexe A.

Lors de la phase 2 d’initialisation du procédé selon l’invention, l’indice j est initialisé à zéro, l’indice i est initialisé à un, le débit τθ est initialisé au débit r et l’ensemble C de cellules coopérantes est initialisé à l’ensemble vide, βγ est une contrainte déterminée pour garantir un gain β^ι au débit. § = {S_1; S₂, , SK_max-i } est l’ensemble des cellules candidates à devenir cellules coopérantes avec la cellule serveuse lors de la transmission pour un utilisateur donné. K_max est un paramètre qui peut être fixé à l’avance.

Le procédé selon l’invention prend, par valeur décroissante de puissance reçue par le terminal, chaque 4 cellule dite cellule courante d’indice i = [1, —,K_max — 1] parmi les K_max — 1 cellules candidates. Donc chaque cellule candidate est prise parmi les cellules de l’ensemble §.

j étant l’indice le plus élevé des cellules incluses dans l’ensemble C, si 5 la différence de débit relativement au débit r entre le débit r- obtenu avec la coopération de toutes les cellules candidates jusqu’à la cellule courante d’indice i et le débit r- obtenu avec la coopération de toutes les cellules incluses dans l’ensemble C est plus grand que la r·' r'· somme des contraintes βγ : fi — / > Tfk=j+ihT alors 6 le procédé inclut toutes les cellules d’indices k = [j + 1, dans l’ensemble C et la valeur de l’indice j est forcée à la valeur de l’indice i.

Avant de passer à la cellule suivante de l’ensemble §, incrémenter 7 de un l’indice i.

Le mode précédent considère que les cellules de l’ensemble § sont classées par ordre de puissance décroissante puisque l’indice i est incrémenté. Il est immédiat pour l’homme du métier d’adapter le procédé à un classement par ordre croissant. Il est de même immédiat d’adapter le procédé pour remplacer la gestion d’indice i de l’étape 7 par un test sur le niveau de puissance pour déterminer la cellule suivante à considérer à l’étape 4.

Selon un deuxième mode de réalisation, la topologie des cellules candidates est considérée comme symétrique. Dans ce cas, les contraintes βγ sont toutes identiques à β_τqui doit être d’au moins 100% pour assurer la stabilité de la cellule serveuse exprimée sous la forme de l’inéquation (15). Le procédé selon ce mode est exprimé en pseudo langage C à Γ annexe A. Il est identique au procédé selon le premier mode sauf en ce que l’inéquation 7 - 7 > ZUy+iβτ devient 7 - 7 > (t - j) X /?rAinsi, une cellule voisine d’une cellule serveuse coopère avec la transmission à un utilisateur uniquement si sa coopération augmente le débit moyen de l'utilisateur d’un facteur d’au moins deux.

Le gain apporté par la coopération d'une cellule dépend du niveau d'interférence. Un utilisateur peut par exemple être fortement interféré par deux cellules voisines. La coopération de l'une des deux cellules n’apporte pas un gain d’au moins 100%. Toutefois, la coopération des deux cellules peut apporter un gain d’au moins 200%, ce qui satisfait la condition de stabilité requise. Un tel scénario peut se produire lorsque les cellules voisines causent des niveaux d'interférence similaires ou proches. Dans ce cas, il n’y a pas de gain à faire coopérer une seule des deux cellules dans la transmission. Soit les deux cellules coopèrent avec la cellule serveuse, soit aucune d’entre elles. Dans l’exemple où K_max = 3, le procédé selon l’invention vérifie si apporte au moins un gain de β_τ - 100%. Si c’est le cas est défini comme cellule coopérante pour l’utilisateur. Le procédé vérifie ensuite si s₂ apporte au moins β_τ - 100% de gain supplémentaire. Dans le cas où ne contribue pas à un gain de débit β_τ - 100%, le procédé vérifie si la coopération de et de s₂ peut apporter 2β_τ - 200% de gain de débit. Dans le cas où cette dernière condition n’est pas vérifiée, aucune des deux cellules n’est retenue comme cellule coopérante.

La figure 15 schématise un terminal mobile selon l’invention. Le terminal UE est servi en voie descendante par une cellule d’un réseau d’accès dite serveuse. Le terminal bénéficie d’un débit r en l’absence de coopération d’autre cellule du réseau d’accès lors de la transmission entre la cellule et le terminal. Le terminal comprend une interface émission réception E/R connue en soit, une mémoire MEM comprenant une mémoire tampon, un moyen de calcul adapté équipé par exemple d’un microprocesseur μΡ et piloté par le programme d’ordinateur Pg stocké sur un support d’information tel une zone mémoire pour mettre en œuvre le procédé de transmission selon un mode de réalisation de l’invention.

A l’initialisation, les instructions de code du programme d’ordinateur Pg sont par exemple chargées dans la mémoire MEM avant d’être exécutées par le processeur de l’unité de traitement μΡ. Le microprocesseur de l’unité de traitement μΡ met en œuvre les étapes du procédé de transmission décrit précédemment, selon les instructions du programme d’ordinateur Pg.

Ainsi, le microprocesseur initialise un indice j à zéro, un débit r'_o au débit r, et un ensemble C de cellules coopérantes à l’ensemble vide.

Le moyen μΡ de calcul considère chaque cellule dite cellule courante d’indice i = [1, ---,Κηιαχ ~ 1] parmi K_max — 1 cellules du réseau d’accès dites candidates à une coopération avec la cellule serveuse lors de la transmission vers le terminal, prises par valeur décroissante de puissance reçue par le terminal, β^ι étant un gain au débit dont bénéficie le terminal apporté par la coopération de la cellule d’indice i et β^ιτ étant une contrainte déterminée relative au gain β^ι. Si la différence de débit relativement au débit r entre le débit rj obtenu avec la coopération de toutes les cellules candidates jusqu’à la cellule courante d’indice i et le débit r) obtenu avec la coopération des cellules incluses dans l’ensemble C, j étant l’indice le plus élevé des cellules incluses dans l’ensemble C, est plus grand que la somme des contraintes βγ : f — -^ > alors le moyen de calcul inclue toutes les cellules d’indices k = [j + 1,i] dans l’ensemble C.

Dans le document il est utilisé des termes selon la terminologie anglosaxonne consacrée dans le domaine.

Références citées dans le document :

[1] : TR 36.819 vil.1.0 (2011-12) édité par le 3GPP [2] : « Coordinated multipoint transmission/reception techniques for LTE-advanced » de Mamoru Sawahashi, Yoshihisa Kishiyama, Akihito Morimoto , Daisuke Nishikawa et Motohiro Tanno, NTT Docomo, IEEE Wireless Communications, June 2010 [3] : « Centralized scheduling for joint transmission coordinated multi-point in LTEadvanced » de Stefan Brueck, Lu Zhao, Jochen Giese et Awais Amin, Qualcomm CDMA technologies, IEEE 2010 International ITG Workshop on smart antennas [4] : 3GPP TS 36300 vl3.4.0 (2016-06)

Annexe A

Déroulement condensé du procédé en pseudo langage C selon un premier mode de réalisation :

Données d’entrée : un ensemble § de cellules candidates Données de sortie : un ensemble C de cellules coopérantes

r

Tant que i < K_max faire max

j fin si

Fin

Déroulement condensé du procédé en pseudo langage C selon un deuxième mode de réalisation :

r

j fin si

Fin

Claims

REVENDICATIONS

Procédé (1) de transmission en voie descendante entre au moins une cellule (CE, CEs, CEc) d’un réseau d’accès (AN) et un terminal (UE), le terminal servi par une cellule (CEs) du réseau d’accès dite serveuse bénéficiant d’un débit r en l’absence de coopération d’autre cellule du réseau d’accès lors de la transmission, caractérisé en ce que le procédé comprend :

initialiser (2) un indice j à zéro, un débit τθ au débit r, un ensemble C de cellules coopérantes à l’ensemble vide, pour chaque cellule (4) dite cellule courante d’indice i = [1, —

1] parmi K_max — 1 cellules du réseau d’accès dites candidates à une coopération avec la cellule serveuse lors de la transmission vers le terminal, prises par valeur décroissante de puissance reçue par le terminal, β^ι étant un gain au débit dont bénéficie le terminal apporté par la coopération de la cellule d’indice i et βγ étant une contrainte déterminée relative au gain β^ι, si (5) la différence de débit relativement au débit r entre le débit r( obtenu avec la coopération de toutes les cellules candidates jusqu’à la cellule courante d’indice i et le débit r- obtenu avec la coopération des cellules incluses dans l’ensemble C, j étant l’indice le plus élevé des cellules incluses dans l’ensemble C, est plus grand que la , rsomme des contraintes βγ Σ¹ι<=ί+ιβτ alors inclure (6) toutes les cellules d’indices k = [j + 1,i] dans l’ensemble C.

Procédé (1) selon la revendication 1, dans lequel les cellules du réseau d’accès sont groupées dans des groupes différents, l’appartenance de la cellule serveuse à un des groupes identifie ce groupe comme regroupant les K_max — 1 cellules candidates.

Procédé (1) selon l’une des revendications 1 et 2, dans lequel les valeurs de contrainte βγ d’augmentation de gain des cellules candidates sont toutes identiques entre elles.

Procédé (1) selon l’une des revendications 1 à 2, comprenant en outre la réception par le terminal de la valeur βγ de contrainte d’augmentation de gain de chaque cellule candidate d’indice i.
5. Procédé (1) selon l’une des revendications 1 à 3, comprenant en outre la transmission du terminal (UE) à sa cellule serveuse (CEs) d’indicateurs sur les valeurs de puissance reçue des cellules candidates d’indice i ainsi que sur une valeur d’interférence résiduelle.
6. Procédé (1) selon la revendication précédente, comprenant en outre la transmission de chaque cellule candidate d’indice i à la cellule serveuse de la valeur βγ de contrainte d’augmentation de gain.
7. Procédé (1) selon l’une des revendications 1 à 3, comprenant en outre la réception par la cellule serveuse (CEs) d’indicateurs sur les valeurs de puissance reçue par le terminal (UE) provenant des cellules candidates d’indice i ainsi que sur une valeur d’interférence résiduelle.
8. Procédé (1) selon la revendication précédente, comprenant en outre la réception par la cellule serveuse de la valeur βγ de contrainte d’augmentation de gain de chaque cellule candidate d’indice i.
9. Terminal (UE) mobile servi en voie descendante par une cellule (CEs) d’un réseau d’accès (AN) dite serveuse, le terminal bénéficiant d’un débit r en l’absence de coopération d’autre cellule (CE, CEc) du réseau d’accès lors de la transmission entre la cellule serveuse et le terminal, caractérisé en ce que le terminal comprend :

un moyen (μΡ) d’initialisation d’un indice j à zéro, d’un débit rj au débit r, d’un ensemble C de cellules coopérantes à l’ensemble vide, un moyen (μΡ) de calcul adapté tel que, pour chaque cellule dite cellule courante d’indice i = [1, — ,K_max — 1] parmi K_max — 1 cellules du réseau d’accès dites candidates à une coopération avec la cellule serveuse lors de la transmission vers le terminal, prises par valeur décroissante de puissance reçue par le terminal, β^ιétant un gain au débit dont bénéficie le terminal apporté par la coopération de la cellule d’indice i et βγ étant une contrainte déterminée relative au gain β^ι, si la différence de débit relativement au débit r entre le débit r( obtenu avec la coopération de toutes les cellules candidates jusqu’à la cellule courante d’indice i et le débit r- obtenu avec la coopération des cellules incluses dans l’ensemble C, j étant l’indice le plus élevé des cellules incluses dans l’ensemble C, est plus grand

7* ?

que la somme des contraintes βγ — Σϊι<=ί+ιβτ alors inclure toutes les cellules d’indices k = [j + 1,i] dans l’ensemble C.
10. Programme d'ordinateur sur un support d'informations, ledit programme

5 comportant des instructions de programme adaptées à la mise en œuvre d'un procédé de transmission selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, lorsque ledit programme est chargé et exécuté dans un terminal destiné à mettre en œuvre le procédé de transmission.
11. Programme d'ordinateur sur un support d'informations, ledit programme

10 comportant des instructions de programme adaptées à la mise en œuvre d'un procédé de transmission selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, 7 et 8, lorsque ledit programme est chargé et exécuté dans une cellule serveuse destinée à mettre en œuvre le procédé de transmission.
12. Support d'informations comportant des instructions de programme adaptées à la

15 mise en œuvre d'un procédé de transmission selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, lorsque ledit programme est chargé et exécuté dans un terminal destiné à mettre en œuvre le procédé de transmission.
13. Support d'informations comportant des instructions de programme adaptées à la mise en œuvre d'un procédé de transmission selon l'une quelconque des

20 revendications 1 à 3, 7 et 8, lorsque ledit programme est chargé et exécuté dans une cellule serveuse destinée à mettre en œuvre le procédé de transmission.

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