WO2016092192A1 - Procede d'association dans un reseau d'acces heterogene, station de base, produit programme d'ordinateur et support d'information correspondants - Google Patents

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WO2016092192A1
WO2016092192A1 PCT/FR2015/053362 FR2015053362W WO2016092192A1 WO 2016092192 A1 WO2016092192 A1 WO 2016092192A1 FR 2015053362 W FR2015053362 W FR 2015053362W WO 2016092192 A1 WO2016092192 A1 WO 2016092192A1
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WO
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base station
terminal
mode
mobile
access network
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PCT/FR2015/053362
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Sa XIAO
Daquan FENG
Julie Yuan-Wu
Ye Geoffrey Li
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Orange
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    • H04W48/00—Access restriction; Network selection; Access point selection
    • H04W48/20—Selecting an access point
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W52/00—Power management, e.g. TPC [Transmission Power Control], power saving or power classes
    • H04W52/02—Power saving arrangements
    • H04W52/0209—Power saving arrangements in terminal devices
    • H04W52/0212—Power saving arrangements in terminal devices managed by the network, e.g. network or access point is master and terminal is slave
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W84/00—Network topologies
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    • H04W84/045—Public Land Mobile systems, e.g. cellular systems using private Base Stations, e.g. femto Base Stations, home Node B
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Definitions

  • the present invention relates to the field of telecommunications. Within this field, the invention relates more particularly to heterogeneous access networks comprising relay terminals and to the association methods between a terminal and a base station of the heterogeneous access system.
  • An access network to a telecommunications system includes an access point that interfaces with a terminal and the access network.
  • an access point In a cellular access network, sometimes called a mobile network, the access point is commonly called a base station.
  • the terms access points In a WiFi network, the terms access points are commonly used.
  • a heterogeneous access network (HetNet according to English terminology) comprises M pico cells associated with M pico base stations which are more or less in the coverage of a macro base station.
  • the radio coverage of the macro station is wider i.e. wider than that of each of the pico stations. This difference in radio coverage essentially comes from a difference in power output.
  • a heterogeneous access network differs from a mobile or fixed WiFi access network comprising multiple access points, essentially because in a heterogeneous system the pico base stations have a much lower transmission power to that of the macro base station. These pico base stations are therefore very easy to deploy in the field as macro base stations because they do not require the same infrastructure at all.
  • a mobile terminal that wants to establish a communication with a recipient must be associated with one of the base stations of the access system.
  • a terminal is said to be covered by a base station whether it is macro or pico, if it receives the signal transmitted by this station.
  • the considered system comprises one or more relay terminals, that is to say able to relay a communication from a terminal to a base station or to another terminal.
  • the relay terminal is necessarily covered by the base station to serve as a relay to this base station.
  • access networks are faced with an increasing demand for communication establishments from terminals whether they are mobile, fixed or more or less fixed. The establishment of these communications is possible only if the capacity of the access network is not saturated. To push back the limit of the saturation of the access networks, the operators of telecommunication consider the use of heterogeneous access networks and the use of relaying technique.
  • D2D Device to Device according to Anglo-Saxon terminology
  • D2D live communications
  • a pair of mobile terminals called D2D establishes a communication without going through the base station. This requires that the two terminals are close to each other, that is to say separated by a distance less than a maximum distance depending on the technology used to ensure the transmission and function of the propagation conditions.
  • a mobile terminal D2D that is to say able to establish a direct communication with another terminal can also serve as a relay between the other terminal and an access point or possibly between the other terminal and another terminal .
  • the communication is then via different radio links, we speak of multi-hop transmission.
  • a multi-hop transmission can make it possible to extend the coverage of an access point by using a terminal as a relay, either if this terminal is at the edge of the cell, or if this terminal is in an area that allows relaying an access point. communication to a blind zone (shadowing) of the access point.
  • R is the rate
  • P c is the power consumed by the transmission circuits of the terminal, is independent of the bit rate, and is the power transmitted by the terminal and is function
  • the optimal use of the radio link from an energy point of view results in a problem of optimization of link adaptation and resource allocation by considering the criterion of energy efficiency.
  • the authors treat separately the case of a single user, the case of a multi-user cell.
  • the link adaptation is then described as the search for the type of modulation, M, optimal corresponding to the maximum criterion with
  • the authors seek to allocate the global spectrum K to the users by taking into account an identical rate per sub-carrier that derives from the Shannon theory and is determined by their expression (3).
  • the problem of resource allocation is reflected in the allocation of a spectrum width to each user i equivalent to the number q of subcarriers. Having determined the spectrum width q for each user i, the authors determine the type of modulation by applying the optimization of the single user case to each user.
  • the invention proposes a technique that maximizes the energy efficiency of communications within a heterogeneous network.
  • the invention relates to an association method implemented by a central controller that can be hosted by the macro base station of the heterogeneous access network.
  • the macro base station SB knows the active terminals in its radio coverage area taking into account the exchanges in the signaling channel sometimes designated by way of return. It also knows all the base stations of the heterogeneous access network.
  • the association method according to the invention between a mobile and a base station selected from among a plurality of base stations of a heterogeneous access network comprising a plurality of base stations including a so-called macro base station and so-called base stations. pico, the mobile can connect to a base station in a direct mode or in an indirect mode via another mobile, includes:
  • the invention makes it possible to improve the energy efficiency of the access network by making it possible to adaptively adjust the mode of transmission between the mobile terminal and the base station with which it is associated; the chosen mode is either direct or indirect, that is to say relayed by a mobile terminal.
  • This choice takes into account the quality of the channel via the knowledge of the channel gain, for example by exploiting an instantaneous CSI value (Anglo-Saxon abbreviation of Channel State Information) and takes into account a quality of service requirement in the form of a minimum transmission rate.
  • the invention solves jointly the problem of selecting a base station for the combination of the mobile terminal and the choice of the direct or indirect mode under constraint of optimizing the energy efficiency of the access network.
  • the invention does not associate the terminal with the base station which provides the highest instantaneous power received.
  • the invention ensures an optimal combination from an energy point of view and therefore the transmitted power is determined to achieve the optimum rate.
  • the power level is that which is at least sufficient to achieve this flow and which is optimum from the point of view of energy efficiency.
  • the invention avoids unnecessarily spending energy and further limits interference in the network.
  • the energy efficiency constraint does not take into account a more or less long term load management between cells that would complicate the process.
  • the invention does not require the relay terminal to be associated with a particular base station. It is therefore very flexible in its implementation.
  • the invention also does not require that the relay be fixed.
  • the relay terminal can of course be mobile which increases the possibilities of extending the radio coverage of the access system.
  • the invention also does not impose spectrum management between pico cells. Such management is suboptimal when in particular there is sufficient attenuation between two pico cells.
  • the invention is fully compatible with spectrum reuse between these pico cells and therefore with a frequency allocation mechanism within the heterogeneous access network.
  • the energy efficiency is evaluated by the relation:
  • the maximum throughput for the direct link is expressed as:
  • N the spectral power density of the noise.
  • the invention furthermore relates to a base station adapted to implement an association method according to the invention, this base station being intended for a heterogeneous access network.
  • the base station includes a computer for selecting for each of the two modes a base station according to a rising channel gain criterion, to determine a maximum rate for each of the two modes from the knowledge of the channel gains and the power. maximum of mobile and to choose from the selected base stations, the base station ensuring the best energy efficiency under constraint to respect a flow between a minimum flow and a maximum flow rates.
  • the invention further relates to a heterogeneous access network comprising at least one base station according to an object of the invention.
  • Figure 1 is a schematic diagram of a heterogeneous access network with a macro base station, pico base stations and terminals identified by the macro base station.
  • Figure 2 is a flowchart of an embodiment of a method according to the invention.
  • FIG. 3 is a diagram of an example of a simplified structure of a base station according to an object of the invention.
  • Figure 4 shows the heterogeneous access system that has been simulated.
  • Figures 5 and 6 are simulation results.
  • a heterogeneous access network is illustrated in FIG. 1.
  • the access network comprises a macro-BS macro base station whose radio coverage is schematically represented by an oval.
  • the access network further comprises pico-BS base stations.
  • the heterogeneous access network is delimited by the radio coverage of the macro base station; all pico base stations are covered by the macro base station, i.e. they can receive signals from the macro base station.
  • the coverage area of the macro base station is very schematically represented by an oval centered on this base station.
  • this zone has in fact an outline which depends on the power emitted by the base station and the environment, this environment influences in particular the propagation conditions and therefore the range in a given direction.
  • Two mobile terminals have been identified by the base station, UT and DRN.
  • the mobile terminal UT is the one that wants to establish a communication to a recipient via the access network.
  • the mobile terminal DRN is a terminal which is of the D2D type, which is capable of establishing a direct communication with another mobile terminal and which in the context is considered capable of relaying a communication.
  • the macro base station knows the values of a quality metric, for example CSI (Anglo-Saxon abbreviation for Channel State Information) for all access network links.
  • CSI Anglo-Saxon abbreviation for Channel State Information
  • the DRN relay terminal is supposed to operate in half-duplex mode and supposed to use the transmission protocol DF (abbreviation Anglosaxonne of Decode and Forward).
  • the terminals UT and DRN are assumed to have the same circuit consumption P c during transmission in indirect mode.
  • the method according to the invention enables the terminal UT to establish a communication by optimizing the energy expended at the access network while respecting a quality of service requirement generally expressed in the form of a minimum transmission rate R min .
  • the mode is said mode 0.
  • the terminal UT associates with a base station via the relay terminal mode is said mode 1.
  • P c be the energy consumption of the circuit of each terminal involved in the transmission.
  • the power P c is the power of the circuit of the terminal UT.
  • the power P c is the sum of the power of the circuit of the terminal UT and the circuit of the relay terminal DRN.
  • the power consumption of each transmission terminal requires taking into account a 1 ⁇ 2 weighting factor; thus the sum of the consumption is equal to P c in mode 1 if the terminals UT and DRN have the same circuit consumption P c during the transmission.
  • the energy efficiency EEi of the association according to the mode i with the base station BSj can be expressed by the relation:
  • P 3 ⁇ 4 represents the transmission power transmitted.
  • the transmission power emitted is equal to:
  • the factor 1 ⁇ 2 in relation (6) comes from the fact that the relay operates in half duplex mode and that the transmission of a frame requires twice as much time (time slot) as in the direct mode.
  • the constraint (7c) translates the minimum flow requirement to satisfy whatever the selected base station and mode of transmission.
  • the invention provides a solution to the system of equations (7) - (7-c).
  • Method 1 comprises a selection 2 for each of the two modes of a base station according to a rising channel gain criterion.
  • the selection is made on the optimal base station for each of the two modes, this station is denoted BSj *. Since there is neither interference nor load balancing for the uplink, i.e. from the terminal to the base station, the optimum base station can be obtained by determining the best gain. of channel.
  • This selection can be expressed as:
  • the indirect mode i.e. via the relay terminal only the gain between this relay terminal and the base station BSj is taken into account. There is indeed no point in considering the gain between the terminal UT and the relay terminal DRN in the indirect mode since this gain does not change according to the base station.
  • the selected base stations may be the same or different between the two modes.
  • the method determines the maximum throughput for each of the two modes from the knowledge of the channel gains and the maximum power of the mobiles.
  • W represents the total spectrum of the bandwidth of the access network.
  • the transmission rate between the mobile terminal UT and each of the base stations BS j of the access network may be expressed by:
  • g u , g ur and g r respectively represent the power gains of the channel between the terminal UT and the base station BS j, between the terminal UT and the relay terminal DRN, and between the relay terminal DRN and the base station BS j.
  • N 0 represents the spectral power density of the noise.
  • the method chooses 4 between the selected base stations, the base station which ensures the best energy efficiency EE under constraint to respect a flow rate between the minimum flow rate and one of the maximum flow rates.
  • the minimum rate is required by the service corresponding to the call.
  • the maximization of energy efficiency EE between the two modes can be expressed as:
  • the index * means that the association is made with the optimal base station selected in step 2.
  • Energy efficiency can be expressed as:
  • the optimal transmission rate for the mode can be expressed by:
  • the method determines the optimal power (P, P r *) which satisfies the system of equations (7), taking as a value of flow that given by the relation (22) .
  • This optimal power has the value:
  • Such an STA station comprises an emitter EM, a receiver RE, one or more transmitting / receiving antennas TX RX, a storage memory ME, a processing unit DSP equipped for example with a microprocessor and driven by a program of Pg computer implementing an association method according to the invention.
  • the code instructions of the computer program Pg are for example loaded from the memory ME into a RAM before being executed by the processor of the processing unit DSP.
  • the DSP processing unit receives as input signaling data as well as parameters. For example, it retrieves CSI channel information and deduces the g u j,
  • the processing unit DSP implements an association method described above, according to the instructions of the computer program Pg.
  • the processing unit DSP comprises a computer for example a microprocessor for selecting a base station for each of the two modes according to a rising channel gain criterion.
  • This computer is controlled by the microprocessor or is part of the microprocessor.
  • the calculator determines a maximum rate for each of the two modes from the knowledge of the channel gains and the maximum power of the mobiles.
  • the calculator chooses from among the selected base stations, the base station ensuring the best energy efficiency under constraint to respect a flow between a minimum flow and a maximum flow rates.
  • the steps of the association method according to the invention are determined by the instructions of a program incorporated in an electronic circuit such as a chip itself which can be arranged in an electronic device such as a base station or a WiFi access point.
  • the association method according to the invention can just as easily be implemented when this program (or its modules) is loaded into a computing device such as a processor or equivalent whose operation is then controlled by the execution of the program.
  • the invention also applies to a computer program (or its various modules), including a computer program on or in an information carrier, adapted to implement the invention.
  • This program can use any programming language, and be in the form of source code, object code, or intermediate code between source code and object code such as in a partially compiled form, or in any other form desirable to implement a method according to the invention.
  • the information carrier may be any entity or device capable of storing the program.
  • the medium may comprise storage means, such as a ROM, for example a CD ROM or a microelectronic circuit ROM, or a magnetic recording medium, for example a floppy disk or a disk. hard.
  • the information carrier may be an integrated circuit in which the program is incorporated, the circuit being adapted to execute or to be used in the execution of the method in question.
  • the program may be translated into a transmissible form such as an electrical or optical signal, which may be routed via an electrical or optical cable, by radio or by other means.
  • a transmissible form such as an electrical or optical signal
  • the program according to the invention can be downloaded in particular on an Internet type network.
  • Figure 4 shows the heterogeneous access system that has been simulated.
  • This system comprises a three-sector macro-cell with a radius of 500 m centered on the macro base station.
  • the system further comprises three pico-cells centered on pico base stations that are deployed in the center of the three sectors.
  • the terminal UT is placed at random on the border of the macro-cell.
  • the propagation channel of the terminal UT suffers from deep weakening.
  • the relay terminal DRN is distributed randomly over the superposition area between the macro-cell and a circle centered around the terminal UT.
  • the radius of the circle centered on the terminal UT is the maximum distance between the terminal UT and the relay terminal DRN. This distance varies with the simulations. Fast and slow attenuation are taken into account in the channel model.
  • the channel model is such that the channel gain between an emitter and a receiver can be expressed as: K is the constant determined by the parameters of the system, ⁇ is the gain of the fast attenuation with an exponential distribution, ⁇ is the gain of the slow attenuation with a log-normal distribution, a is the component of the loss of propagation and d is the distance between the transmitter and the receiver.
  • Figure 5 illustrates the average energy efficiency EE for different values of the radius of the circle centered on the terminal UT.
  • the proposed method has better performance than direct and relay modes.
  • the method according to the invention can provide more degrees of freedom for the terminal UT given the possibility of switching mode.
  • the energy efficiency performance of the relay mode is better than that of the direct mode. This is because the UT terminal is on the edge of the cell and therefore the overall distance is shorter with the relay mode.
  • the energy efficiency of the relay mode increases with the radius starting from the terminal UT when this radius is small and then decreases with the increase of the radius when it is large.
  • the gain of the channel of the first jump is relatively high so that energy efficiency EE is dominated by the second jump and the increase of the radius can reduce the distance between the relay terminal DRN and the selected base station BS.
  • the gain of the channel of the second jump is greater than that of the first jump; thus energy efficiency EE is dominated by the first jump and decreases with increasing radius.
  • Figure 6 illustrates the relationship between average EE energy efficiency and minimum flow E when the radius from the UT terminal is 100 m.
  • R a certain threshold of flow R ('o' in the figure) such as minimum flow has little influence on energy efficiency EE when and how energy efficiency EE decreases with increasing when R
  • R is in the possible region of R.
  • R is the optimal flow that maximizes EE energy efficiency.
  • the maximum energy efficiency and the minimum transmission rate can be achieved simultaneously.
  • the optimal transmission rate is and EE energy efficiency decreases with the increase of
  • This result shows that the performance EE energy efficiency can be reduced by the incessant demand to increase the transmission rate because then this increase decreases the possible region in the optimization problem.
  • the results of simulations show that the method makes it possible to improve the energy efficiency of the access system with respect to a system in direct mode alone and with respect to an indirect mode system (with relay) alone.
  • the method makes it possible to improve the energy efficiency of the access system with respect to a system that considers the optimization criterion on the spectral efficiency. Indeed, this amounts to optimizing the access system by considering only the numerator of the definition of energy efficiency given by relation (4) and by not considering the constraint of the minimum flow of relations (7c) or ( 16c). This improvement is illustrated by the comparison of the "EE-based scheme” and "SE-based scheme” curves of Figure 5.
  • the invention can equally well be used in a wireless network context, for example of WiFi type.
  • the base station is better known as the access point.

Abstract

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

Description

Procédé d'association dans un réseau d'accès hétérogène, station de base, produit programme d'ordinateur et support d'information correspondants.
Domaine de l'invention
La présente invention se rapporte au domaine des télécommunications. Au sein de ce domaine, l'invention se rapporte plus particulièrement aux réseaux d'accès hétérogènes comprenant des terminaux relais et aux procédés d'association entre un terminal et une station de base du système d'accès hétérogène.
Un réseau d'accès à un système de télécommunication comprend un point d'accès qui fait l'interface entre un terminal et le réseau d'accès. Dans un réseau d'accès cellulaire, parfois dit réseau mobile, le point d'accès est communément appelé station de base. Dans un réseau WiFi, les termes points d'accès sont couramment utilisés.
Un réseau d'accès hétérogène (HetNet selon la terminologie anglosaxonne) comprend M cellules pico associées à M stations de base pico qui sont plus ou moins dans la couverture d'une station de base macro. La couverture radio de la station macro est plus large i.e. plus étendue par rapport à celle de chacune des stations pico. Cette différence de couverture radio vient essentiellement d'une différence de puissance émise. Un réseau d'accès hétérogène se distingue d'un réseau d'accès mobile ou fixe de type WiFi comprenant des points d'accès multiples essentiellement par le fait que dans un système hétérogène les stations de base pico ont une puissance d'émission très inférieure à celle de la station de base macro. Ces stations de base pico sont par conséquent des dispositifs beaucoup faciles à déployer sur le terrain que les stations de base macro car elles ne nécessitent pas du tout la même infrastructure.
Un terminal mobile qui veut établir une communication avec un destinataire doit être associé à une des stations de base du système d'accès. Un terminal est dit couvert par une station de base qu'elle soit macro ou pico, s'il reçoit le signal émis par cette station.
Le système considéré comprend un ou plusieurs terminaux relais, c'est-à-dire capables de relayer une communication d'un terminal vers une station de base ou vers un autre terminal. Le terminal relais est nécessairement couvert par la station de base pour pouvoir servir de relais vers cette station de base.
De manière générale, les réseaux d'accès sont confrontés à une demande croissante d'établissements de communication à partir de terminaux qu'ils soient mobiles, fixes ou plus ou moins fixes. L'établissement de ces communications n'est possible que si la capacité du réseau d'accès n'est pas saturée. Pour repousser la limite de la saturation des réseaux d'accès, les opérateurs de télécommunication considèrent l'utilisation de réseaux d'accès hétérogènes et l'utilisation de technique de relayage.
Art antérieur
Récemment, il a été proposé [1] d'introduire la notion de communications en direct (D2D Device To Device selon la terminologie anglosaxonne) entre deux terminaux mobiles au sein d'un réseau d'accès. Une paire de terminaux mobiles dits D2D établit ainsi une communication sans passer par la station de base. Ceci nécessite que les deux terminaux soient à proximité l'un de l'autre c'est-à-dire séparés d'une distance inférieure à une distance maximale fonction de la technologie mise en œuvre pour assurer la transmission et fonction des conditions de propagation. Un terminal mobile D2D, c'est-à-dire apte à établir une communication en direct avec un autre terminal peut tout aussi bien servir de relais entre cet autre terminal et un point d'accès ou éventuellement entre cet autre terminal et un autre terminal. La communication se fait alors via différents liens radio, on parle de transmission multi sauts. Une transmission multi sauts peut permettre d'étendre la couverture d'un point d'accès en utilisant un terminal comme relais soit si ce terminal se situe en bordure de la cellule, soit si ce terminal se situe dans une zone qui permet de relayer une communication vers une zone aveugle (shadowing) du point d'accès.
La référence [2] s'intéresse à une utilisation optimale du lien radio d'un point de vue énergétique comme alternative à une augmentation inconditionnelle du débit. En effet, les auteurs relèvent que les batteries n'ont pas suivies la même progression technologique que les circuits micro électroniques et que par conséquent il faut considérer l'efficacité énergétique des communications pour optimiser le nombre total de bits transmis par Joule dépensé dans le système d'accès. Les auteurs se placent dans le contexte de systèmes d'accès sans fil avec un partage du spectre entre utilisateurs pour le lien montant basé sur une modulation multi porteuses OFDMA. Es utilisent un critère d'optimisation de l'efficacité énergétique (U (i?)) exprimé par leur équation (6) :
Figure imgf000004_0002
Dans cette expression R est le débit, Pc est la puissance consommée par les circuits d'émission du terminal, est indépendante du débit, et est la puissance émise par le terminal et est fonction
Figure imgf000004_0003
du débit En considérant un bruit blanc gaussien additif N0 avec une largeur de bande W et un gain de canal ils considèrent que le débit R a pour expression leur équation (3) :
Figure imgf000004_0001
Selon les auteurs, l'utilisation optimale du lien radio d'un point de vue énergétique se traduit par un problème d'optimisation d'adaptation de lien et d'allocation de ressource en considérant le critère de l'efficacité énergétique
Figure imgf000004_0004
Dans un schéma de modulation M-QAM, l'allocation de ressource se traduit par l'adaptation du type de modulation M. Plus le type de modulation est élevé, plus le nombre de bits transmis, b, est grand, en effet
Figure imgf000005_0001
et plus le débit R est grand. Mais compte tenu de l'expression du débit R, il vient que plus le débit est grand plus la puissance transmise est grande. Les auteurs proposent donc de déterminer un compromis selon le critère d'efficacité énergétique
Figure imgf000005_0004
Les auteurs traitent séparément le cas d'un utilisateur seul, du cas d'une cellule à multi- utilisateurs.
Dans le cas d'un seul utilisateur, celui-ci connaît sa largeur de spectre allouée :
Figure imgf000005_0003
L'adaptation de lien est alors décrite comme la recherche du type de modulation, M, optimal correspondant au critère maximal avec
Figure imgf000005_0002
Dans le cas multi utilisateurs, les auteurs cherchent à allouer le spectre global K aux utilisateurs en prenant en compte un débit identique par sous-porteuse qui découle de la théorie de Shannon et est déterminé par leur expression (3). La problématique de l'allocation de ressource se traduit par l'allocation d'une largeur de spectre à chaque utilisateur i équivalente au nombre q de sous-porteuses. Ayant déterminé la largeur de spectre q pour chaque utilisateur i, les auteurs déterminent le type de modulation en appliquant l'optimisation du cas mono utilisateur à chaque utilisateur.
Exposé de l'invention
L'invention propose une technique qui maximise l'efficacité énergétique de communications au sein d'un réseau hétérogène. L'invention a pour objet un procédé d'association mis en œuvre par un contrôleur central qui peut être hébergé par la station de base macro du réseau d'accès hétérogène.
La station de base macro SB connaît les terminaux actifs dans sa zone de couverture radio compte tenu des échanges dans le canal de signalisation parfois désigné par voie de retour. Elle connaît aussi toutes les stations de base du réseau d'accès hétérogène.
Le procédé d'association selon l'invention, entre un mobile et une station de base sélectionnée parmi plusieurs stations de base d'un réseau d'accès hétérogène comprenant plusieurs stations de base dont une station de base dite macro et des stations de base dites pico, le mobile pouvant se connecter à une station de base selon un mode direct ou selon un mode indirect via un autre mobile, comprend :
une sélection pour chacun des deux modes d'une station de base selon un critère de gain de canal montant,
- une détermination du débit maximal pour chacun des deux modes à partir de la connaissance des gains de canal et de la puissance maximale des mobiles,
un choix entre les stations de base sélectionnées, de la station de base assurant la meilleure efficacité énergétique sous contrainte de respecter un débit compris entre un débit minimum et un des débits maximums. Ainsi, l'invention permet d'améliorer l'efficacité énergétique du réseau d'accès en permettant d'ajuster de manière adaptative le mode de transmission entre le terminal mobile et la station de base à laquelle il est associé ; le mode choisi est soit directe soit indirect c'est-à-dire relayé par un terminal mobile. Ce choix prend en compte la qualité du canal via la connaissance du gain de canal, par exemple en exploitant une valeur de CSI (abréviation anglosaxonne de Channel State Information) instantanée et prend en compte une exigence de qualité de service sous la forme d'un débit minimum de transmission.
L'invention résout de manière conjointe le problème de sélection d'une station de base pour l'association du terminal mobile et du choix du mode direct ou indirect sous contrainte d'optimiser l'efficacité énergétique du réseau d'accès.
Contrairement à des procédés connus, l'invention n'associe pas le terminal à la station de base qui lui assure la puissance instantanée reçue la plus élevée. L'invention assure une association optimale d'un point de vue énergétique et par conséquent la puissance émise est déterminée pour atteindre le débit optimal. Le niveau de puissance est celui qui est au minimum suffisant pour atteindre ce débit et qui est optimum du point de vue de l'efficacité énergétique. Ainsi l'invention évite de dépenser inutilement de l'énergie et en outre limite les interférences dans le réseau.
La contrainte d'efficacité énergétique ne prend pas en compte une gestion de charge à plus ou moins long terme entre des cellules qui complexifïerait le procédé.
L'invention n'impose pas que le terminal relais soit associé à une station de base particulière. Elle est donc très souple dans sa mise en œuvre. L'invention n'impose pas non plus que le relais soit fixe. Le terminal relais peut bien entendu être mobile ce qui augmente les possibilités d'extension de la couverture radio du système d'accès.
L'invention n'impose pas non plus de gestion de spectre entre cellules pico. Une telle gestion est sous optimale lorsque en particulier il existe une atténuation suffisante entre deux cellules pico. L'invention est totalement compatible d'une réutilisation de spectre entre ces cellules pico et donc d'un mécanisme d'allocation de fréquence au sein du réseau d'accès hétérogène.
Selon un mode de réalisation, l'efficacité énergétique est évaluée par la relation :
Figure imgf000006_0001
avec Ri le débit de transmission entre le mobile et la station de base associée j selon le mode i, Pj la puissance de transmission émise et Pc la consommation d'énergie de circuit de chaque terminal qui émet, la puissance de transmission émise est égale à lorsque le mode est direct, la puissance de
Figure imgf000006_0003
transmission émise est égale à lorsque le mode est indirect, Pu et Pr étant
Figure imgf000006_0002
respectivement les puissances d'émission du terminal mobile et du terminal relais.
Selon un mode de réalisation, le débit maximal pour le lien direct s'exprime sous la forme : et
Figure imgf000007_0001
débit maximal pour le lien indirect s'exprime sous la forme
Figure imgf000007_0002
avec W le spectre total de la bande passante du réseau d'accès,
Figure imgf000007_0003
respectivement les puissances maximales disponibles au terminal mobile UT et au terminal relais,
Figure imgf000007_0004
respectivement les gains de puissance du canal selon le mode direct entre le terminal UT et la station de base BS j sélectionnée, selon le mode indirect entre le terminal UT et le terminal relais DRN et selon le mode indirect entre le terminal relais DRN et la station de base BS j sélectionnée, N
Figure imgf000007_0005
la densité spectrale de puissance du bruit.
L'invention a en outre pour objet une station de base adaptée pour mettre en œuvre un procédé d'association selon l'invention, cette station de base étant destinée à un réseau d'accès hétérogène. La station de base comprend un calculateur pour sélectionner pour chacun des deux modes une station de base selon un critère de gain de canal montant, pour déterminer un débit maximal pour chacun des deux modes à partir de la connaissance des gains de canal et de la puissance maximale des mobiles et pour choisir parmi les stations de base sélectionnées, la station de base assurant la meilleure efficacité énergétique sous contrainte de respecter un débit compris entre un débit minimum et un des débits maximums.
L'invention a en outre pour objet un réseau d'accès hétérogène comprenant au moins une station de base selon un objet de l'invention.
Liste des figures
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront lors de la description qui suit d'exemples donnés à titre d'exemples non limitatifs, description faite en regard des figures annexées suivantes.
La figure 1 est un schéma d'un réseau d'accès hétérogène avec une station de base macro, des stations de base pico et des terminaux identifiés par la station de base macro.
La figure 2 est un organigramme d'un mode de réalisation d'un procédé selon l'invention.
La figure 3 est un schéma d'un exemple de structure simplifiée d'une station de base selon un objet de l'invention.
La figure 4 représente le système d'accès hétérogène qui a fait l'objet de simulations.
Les figures 5 et 6 sont des résultats de simulation.
Description de modes de réalisation de l'invention
Un réseau d'accès hétérogène est illustré à la figure 1. Le réseau d'accès comprend une station de base macro macro-BS dont la couverture radio est représentée de manière schématique par un ovale. Le réseau d'accès comprend en outre des stations de base pico pico-BS. Le réseau d'accès hétérogène est délimité par la couverture radio de la station de base macro ; toutes les stations de base pico sont couvertes par la station de base macro, c'est-à-dire qu'elles peuvent recevoir des signaux provenant de la station de base macro.
La zone de couverture de la station de base macro est représentée de façon très schématique par un ovale centré sur cette station de base. Bien entendu cette zone a en réalité un contour qui dépend de la puissance émise par la station de base et de l'environnement, cet environnement influe en particulier sur les conditions de propagation et donc sur la portée dans une direction donnée. Deux terminaux mobiles ont été identifiés par la station de base, UT et DRN. Le terminal mobile UT est celui qui veut établir une communication vers un destinataire via le réseau d'accès. Le terminal mobile DRN est un terminal qui est de type D2D, soit apte à établir une communication en directe avec un autre terminal mobile et qui dans le contexte est considéré comme apte à relayer une communication.
La station de base macro connaît les valeurs d'une métrique de qualité, par exemple CSI (abréviation anglosaxonne de Channel State Information) pour tous les liens du réseau d'accès.
Par souci de simplification, le terminal relais DRN est supposé fonctionner en mode half-duplex et supposé utiliser le protocole de transmission DF (abréviation anglosaxonne de Décode and Forward). Les terminaux UT et DRN sont supposés avoir la même consommation de circuit Pc pendant la transmission en mode indirect.
Le procédé selon l'invention permet au terminal UT d'établir une communication en optimisant l'énergie dépensée au niveau du réseau d'accès tout en respectant une exigence de qualité de service généralement exprimée sous la forme d'un débit minimum de transmission Rmin. Lorsque le terminal UT s'associe à une station de base en direct le mode est dit mode 0. Lorsque le terminal UT s'associe à une station de base via le terminal relais le mode est dit mode 1.
Le problème de détermination de l'association optimale d'un point de vue efficacité énergétique sous contrainte de qualité de service est exprimé ci-après sous forme d'équations.
Soit Pc la consommation d'énergie du circuit de chaque terminal intervenant dans la transmission. En mode 0, la puissance Pc est la puissance du circuit du terminal UT. En mode 1, la puissance Pc est la somme de la puissance du circuit du terminal UT et du circuit du terminal relais DRN. Compte tenu du protocole half duplex, la puissance de consommation de chaque terminal de transmission nécessite de tenir compte d'un facteur ½ de pondération ; ainsi la somme de la consommation est égale à Pc dans le mode 1 si les terminaux UT et DRN ont la même consommation de circuit Pc pendant la transmission. L'efficacité énergétique EEi de l'association selon le mode i avec la station de base BSj peut être exprimée par la relation :
Figure imgf000009_0001
dans laquelle P¾ représente la puissance de transmission émise.
Soit Pu et Pr respectivement les puissances d'émission du terminal mobile UT et du terminal relais DRN. Pour le mode direct, la puissance de transmission émise est égale à :
Figure imgf000009_0002
Pour le mode indirect, c'est-à-dire avec relais, la puissance de transmission émise est égale à :
Figure imgf000009_0003
Le facteur ½ dans la relation (6) vient du fait que le relais fonctionne en mode half duplex et que par suite la transmission d'une trame nécessite deux fois plus de temps (time slot) que dans le mode direct.
La communication que le terminal établi selon le mode direct ou le mode indirect doit respecter un débit de transmission minimum F ttn. En outre la puissance maximale disponible ne peut être dépassée pour- atteindre ce débit. Par conséquent, le problème de détermination de l'association optimale basée sur l'efficacité énergétique EE peut être exprimé par le système d'équations suivant :
Figure imgf000009_0004
Dans ces équations est l'indicateur d'association du mobile : ar = 1 si le terminal mobile
UT est associé à la station de base BSj, soit en mode direct et alors i=0, soit en mode indirect via le terminal relais et alors i=l, sinon = 0. La contrainte (7c) traduit l'exigence de débit minimum à satisfaire quel que soit la station de base et le mode de transmission sélectionnés.
L'invention apporte une solution au système d'équations (7)-(7-c).
Le déroulement est détaillé ci-après et illustré par l'organigramme représenté à la figure 2.
Le procédé 1 comprend une sélection 2 pour chacun des deux modes d'une station de base selon un critère de gain de canal montant. La sélection se fait sur la station de base optimale pour chacun des deux modes, cette station est notée BSj*. Compte tenu qu'il n'y a ni interférence, ni équilibrage de charge pour la liaison montante, c'est-à-dire du terminal à la station de base, la station de base optimale peut être obtenue par la détermination du meilleur gain de canal. Cette sélection peut s'exprimée sous la forme :
Figure imgf000010_0001
En ce qui concerne le mode indirect i.e. via le terminal relais seul le gain entre ce terminal relais et la station de base BSj est pris en compte. Il n'y a effectivement aucun intérêt à considérer le gain entre le terminal UT et le terminal relais DRN dans le mode indirect puisque ce gain ne change pas selon la station de base. Les stations de base sélectionnées peuvent être identiques ou différentes entre les deux modes.
Connaissant les stations de base optimales BSj* pour chacun des deux modes, le procédé détermine 3 le débit maximal pour chacun des deux modes à partir de la connaissance des gains de canal et de la puissance maximale des mobiles.
W représente le spectre total de la bande passante du réseau d'accès. Le débit de transmission entre le terminal mobile UT et chacune des stations de base BS j du réseau d'accès peut être exprimé par :
Figure imgf000010_0002
et
Figure imgf000010_0003
Dans ces équations, gu , gu r et gr représentent respectivement les gains de puissance du canal entre le terminal UT et la station de base BS j, entre le terminal UT et le terminal relais DRN, et entre le terminal relais DRN et la station de base BS j. Et N0 représente la densité spectrale de puissance du bruit.
Les puissances maximales disponibles au terminal mobile UT et au terminal relais sont notées respectivement
Figure imgf000010_0006
Le débit maximal pour le lien direct s'exprime alors sous la forme :
Figure imgf000010_0004
Le débit maximal pour le lien indirect s'exprime alors sous la forme :
Figure imgf000010_0005
Dans les équations (10) et (11), représentent respectivement les gains de
Figure imgf000010_0007
puissance du canal selon le mode direct entre le terminal UT et la station de base BS j sélectionnée, selon le mode indirect entre le terminal UT et le terminal relais DRN, et selon le mode indirect entre le terminal relais DRN et la station de base BS j sélectionnée. Le procédé choisit 4 entre les stations de base sélectionnées, la station de base qui assure la meilleure efficacité énergétique EE sous contrainte de respecter un débit compris entre le débit minimum et un des débits maximums. Le débit minimum est requis par le service correspondant à la communication. La maximisation de l'efficacité énergétique EE entre les deux modes peut être exprimée sous la forme :
Figure imgf000011_0001
sous contraintes que : JÎ JÎ
Figure imgf000011_0002
L'indice * signifie que l'association est effectuée avec la station de base optimale sélectionnée à l'étape 2.
Si un mode ne peut pas satisfaire le débit minimum requis par le service alors l'efficacité énergétique de ce mode est considérée égale à zéro. L'efficacité énergétique peut s'exprimer sous la forme :
Figure imgf000011_0003
Dans cette expression, est le débit de transmission maximal atteignable obtenu par
Figure imgf000011_0007
l'équation (10) ou l'équation (11) et P est la puissance de transmission correspondant au mode i
Figure imgf000011_0008
lorsque le terminal UT est associé à la meilleure station de base.
A partir des équations (1) et (2), il est possible d'exprimer la puissance de transmission en fonction du débit :
Figure imgf000011_0004
et
Figure imgf000011_0005
Le choix 4 de la station de base revient donc à résoudre le système d'équations suivant :
Figure imgf000011_0006
Dans ce système, — et l'équation (20-a) détermine la plage admissible
c
Figure imgf000012_0001
du débit
Figure imgf000012_0015
La solution au système d'équations est obtenue de la manière suivante.
Soit E les dérivées premières de E
Figure imgf000012_0002
Figure imgf000012_0014
Il existe un débit R* unique strictement supérieur à zéro tel que :
Figure imgf000012_0003
La démonstration de l'existence de ce débit R* unique strictement supérieur à zéro est la suivante. Pour
Figure imgf000012_0004
alors E
Figure imgf000012_0005
Il est aisé de vérifier que
Figure imgf000012_0006
\ Ainsi il existe un débit R* > 0 unique tel que : j^ ^
Figure imgf000012_0007
Ainsi, R et à partir du théorème 1 de [12], il vient que :
Figure imgf000012_0016
Figure imgf000012_0008
Par conséquent maxB>0 1
Figure imgf000012_0009
Pour i=l, la même démonstration est similaire.
Soit S l'ensemble des débits satisfaisant (20a). Le débit optimal de transmission pour le mode peut être exprimé par :
Figure imgf000012_0010
Finalement, R est déterminé par le système suivant :
Figure imgf000012_0012
Figure imgf000012_0011
dans lequel R est la solution pour Ε
Figure imgf000012_0013
Et l'efficacité énergétique maximale peut être déterminée par le système suivant :
Figure imgf000013_0001
En comparant EEQ * à EE^ *, le mode d'association optimal x\ qui correspond à la solution du système d'équations (7) est donné par :
Figure imgf000013_0002
A partir des relations (18) et (19), le procédé détermine la puissance optimale (P , Pr*) qui vérifie le système d'équations (7), en prenant comme valeur de débit celle donnée par la relation (22). Cette puissance optimale a pour valeur :
Figure imgf000013_0003
La structure simplifiée d'une station de base mettant en œuvre un procédé d'association décrit ci-dessus est décrite ci-après et illustrée par la figure 3.
Une telle station STA comprend un émetteur EM, un récepteur RE, une ou plusieurs antennes d'émission/réception TX RX, une mémoire de stockage ME, une unité de traitement DSP équipée par exemple d'un microprocesseur et pilotée par un programme d'ordinateur Pg mettant en œuvre un procédé d'association selon l'invention.
A l'initialisation, les instructions de code du programme d'ordinateur Pg sont par exemple chargées depuis la mémoire ME dans une mémoire RAM avant d'être exécutées par le processeur de l'unité de traitement DSP. L'unité de traitement DSP reçoit en entrée des données de signalisation ainsi que des paramètres. Par exemple elle récupère des information de canal CSI et en déduit les guj,
Figure imgf000013_0004
L'unité de traitement DSP met en œuvre un procédé d'association décrit précédemment, selon les instructions du programme d'ordinateur Pg. Pour cela, l'unité de traitement DSP comprend un calculateur par exemple un microprocesseur pour sélectionner une station de base pour chacun des deux modes selon un critère de gain de canal montant. Ce calculateur est piloté par le microprocesseur ou fait partie du microprocesseur. Le calculateur détermine un débit maximal pour chacun des deux modes à partir de la connaissance des gains de canal et de la puissance maximale des mobiles. Le calculateur choisit parmi les stations de base sélectionnées, la station de base assurant la meilleure efficacité énergétique sous contrainte de respecter un débit compris entre un débit minimum et un des débits maximums.
Selon une implémentation préférée, les étapes du procédé d'association selon l'invention sont déterminées par les instructions d'un programme incorporé dans un circuit électronique telle une puce elle-même pouvant être disposée dans un dispositif électronique tel une station de base ou un point d'accès WiFi. Le procédé d'association selon l'invention peut tout aussi bien être mis en œuvre lorsque ce programme (ou ses modules) est chargé dans un organe de calcul tel un processeur ou équivalent dont le fonctionnement est alors commandé par l'exécution du programme.
En conséquence, l'invention s'applique également à un programme d'ordinateur (ou ses différents modules), notamment un programme d'ordinateur sur ou dans un support d'informations, adapté à mettre en œuvre l'invention. Ce programme peut utiliser n'importe quel langage de programmation, et être sous la forme de code source, code objet, ou de code intermédiaire entre code source et code objet tel que dans une forme partiellement compilée, ou dans n'importe quelle autre forme souhaitable pour implémenter un procédé selon l'invention.
Le support d'informations peut être n'importe quelle entité ou dispositif capable de stocker le programme. Par exemple, le support peut comporter un moyen de stockage, tel qu'une ROM, par exemple un CD ROM ou une ROM de circuit microélectronique, ou encore un moyen d'enregistrement magnétique, par exemple une disquette (floppy dise) ou un disque dur.
Alternativement, le support d'informations peut être un circuit intégré dans lequel le programme est incorporé, le circuit étant adapté pour exécuter ou pour être utilisé dans l'exécution du procédé en question.
D'autre part, le programme peut être traduit en une forme transmissible telle qu'un signal électrique ou optique, qui peut être acheminé via un câble électrique ou optique, par radio ou par d'autres moyens. Le programme selon l'invention peut être en particulier téléchargé sur un réseau de type Internet.
La figure 4 représente le système d'accès hétérogène qui a fait l'objet de simulations. Ce système comprend une macro-cellule à trois secteurs avec un rayon de 500 m centrée sur la station de base macro. Le système comprend en outre trois pico-cellules centrées sur des stations de base pico qui sont déployées dans le centre des trois secteurs. Le terminal UT est placé au hasard sur la bordure de la macro-cellule. Le canal de propagation du terminal UT souffre d'affaiblissement profond. Le terminal relais DRN est distribué de façon aléatoire sur la zone de superposition entre la macro-cellule et un cercle centré autour du terminal UT. Le rayon du cercle centré sur le terminal UT est la distance maximale entre le terminal UT et le terminal relais DRN. Cette distance varie avec les simulations. Les affaiblissements rapide et lent sont pris en compte dans le modèle du canal. Le modèle de canal est tel que le gain de canal entre un émetteur et un récepteur peut être exprimé sous la forme : g
Figure imgf000015_0013
K est la constante déterminée par les paramètres du système, β est le gain de l'affaiblissement rapide avec une distribution exponentielle, ζ est le gain de l'affaiblissement lent avec une distribution log-normale, a est la composante de la perte de propagation et d est la distance entre l'émetteur et le récepteur.
Pour la comparaison, nous prenons la transmission directe et la transmission en mode relais comme références. Les paramètres de simulation sont rassemblés dans le tableau donné en Annexe A.
La figure 5 illustre l'efficacité énergétique EE moyenne pour différentes valeurs du rayon du cercle centré sur le terminal UT. D'après cette figure, le procédé proposé a de meilleurs performances que les modes direct et relais. Le procédé selon l'invention peut apporter plus de degrés de liberté pour le terminal UT compte tenu de la possibilité de commutation de mode. Par ailleurs, les performances d'efficacité énergétique du mode relais sont meilleures que celles du mode direct. Ceci s'explique du fait que le terminal UT se trouve sur la bordure de la cellule et que par conséquent la distance globale est plus courte avec le mode relais. D'après ces figures, l'efficacité énergétique du mode relais augmente avec le rayon partant du terminal UT quand ce rayon est petit et puis décroit avec l'augmentation du rayon quand celui-ci est grand. En effet, lorsque le rayon partant du terminal UT est petit, le gain du canal du premier saut est relativement élevé pour que l'efficacité énergétique EE soit dominée par le deuxième saut et l'augmentation du rayon peut réduire la distance entre le terminal relais DRN et la station de base sélectionnée BS. D'autre part, lorsque le rayon est grand, le gain du canal du deuxième saut est plus grand que celui du premier saut; ainsi l'efficacité énergétique EE est dominée par le premier saut et elle décroit avec l'augmentation du rayon.
Compte tenu de l'influence prépondérante du mode relais dans le procédé selon l'invention, les observations pour les résultats obtenus selon l'invention sont similaires à celles faites pour le mode avec relais.
La figure 6 illustre la relation entre l'efficacité énergétique EE moyenne et le débit minimum E
Figure imgf000015_0008
quand le rayon partant du terminal UT est de 100 m. On peut observer un certain seuil de débit R
Figure imgf000015_0009
('o' sur la figure) tel que le débit minimal
Figure imgf000015_0007
a peu d'influence sur l'efficacité énergétique EE quand et tel l'efficacité énergétique EE décroit avec l'augmentation de
Figure imgf000015_0011
quand R
Figure imgf000015_0001
Figure imgf000015_0003
Ceci vient du fait que quand , alors R est dans la région possible de R. Dans ce cas, R
Figure imgf000015_0002
Figure imgf000015_0010
Figure imgf000015_0012
est le débit optimal qui maximise l'efficacité énergétique EE. Ainsi l'efficacité énergétique maximale et le débit de transmission minimal peuvent être atteints simultanément. Quand est en
Figure imgf000015_0005
dehors de la région possible. Dans ce cas, le débit optimal de transmission est
Figure imgf000015_0006
et l'efficacité énergétique EE décroit avec l'augmentation de Ce résultat montre que la performance
Figure imgf000015_0004
d'efficacité énergétique EE peut être diminuée par la demande incessante de croître le débit de transmission car alors cette augmentation diminue la région possible dans le problème d'optimisation. Les résultats de simulations montrent que le procédé permet d'améliorer l'efficacité énergétique du système d'accès par rapport à un système en mode direct seul et par rapport à un système en mode indirect (avec relais) seul.
En outre, le procédé permet d'améliorer l'efficacité énergétique du système d'accès par rapport à un système qui considère le critère d'optimisation sur l'efficacité spectrale. En effet, ceci revient à optimiser le système d'accès en ne considérant que le numérateur de la définition de l'efficacité énergétique donnée par la relation (4) et en ne considérant pas la contrainte du débit minimum des relations (7c) ou (16c). Cette amélioration est illustrée par la comparaison des courbes « EE-based scheme » et « SE-based scheme » de la figure 5.
Bien que les modes de réalisation soient détaillés précédemment à partir d'exemples basés sur un réseau cellulaire, l'invention peut tout aussi bien s'utiliser dans un contexte de réseau sans fil, par exemple de type WiFi. Dans ce cas, la station de base est plus connue sous les termes de point d'accès.
Références :
[1] . Doppler, M. Rinne, C. Wijting, C. Ribeiro, and . Hugl, "Device-to-device communication as an underlay to lte-advanced networks," IEEE Commun. Mag. , vol. 47, no. 12, pp. 42-49, 2009.
[2] G. Miao, N. Himayat, Y. Li, and D. Bormann, "Energy efficient design in wireless ofdma," in Proc. IEEE Int. Conf. Commun. (ICC'08), May 2008, pp. 3307-3312.
Annexe A
Figure imgf000017_0001

Claims

REVENDICATIONS 1 . Procédé (1) d'association entre un mobile (UT) et une station de base sélectionnée parmi plusieurs stations (BSj) de base d'un réseau d'accès hétérogène comprenant plusieurs stations de base dont une station de base dite macro et des stations de base dites pico, le mobile pouvant se connecter à une station de base selon un mode direct (i=0) ou selon un mode indirect (i=l) via un autre mobile (DRN), caractérisé en ce qu'il comprend :
une sélection (2) pour chacun des deux modes (i) de connection du mobile à une station de base du réseau, d'une station de base (BSj*) optimale selon un critère de gain de canal montant,
une détermination (3) d'un débit maximal ( pour chacun des deux modes de
Figure imgf000018_0003
connection entre le terminal et une des stations de base sélectionnées, à partir de la connaissance des gains de canal et de la puissance maximale des mobiles, pour une bande passante (W) du réseau d'accès et une densité spectrale de puissance ) du bruit
Figure imgf000018_0007
données,
un choix (4) entre les stations de base sélectionnées ( de la station de base assurant
Figure imgf000018_0006
la meilleure efficacité énergétique sous contrainte de respecter un débit compris
Figure imgf000018_0005
entre un débit minimum déterminé par une QoS et un des débits maximums le
Figure imgf000018_0004
débit étant considéré entre la station sélectionnée et le terminal connecté selon le mode de connection associé à cette station.
2. Procédé (1) d'association selon la revendication 1 dans lequel l'efficacité énergétique est évaluée par la relation : le débit de transmission entre le mobile la station de base
Figure imgf000018_0001
associée j selon le mode i, Ρέ la puissance de transmission émise et Pc la consommation d'énergie de circuit de chaque terminal qui émet, la puissance de transmission émise est égale à Pj = Pu lorsque le mode est direct, i=0, la puissance de transmission émise est égale
Figure imgf000018_0002
lorsque le mode est indirect, i=l, Pu et Pr étant respectivement les puissances d'émission du terminal mobile et du terminal relais.
3. Procédé (1) d'association selon la revendication 1 dans lequel le débit maximal pour le lien direct s'exprime sous la forme : et le débit maximal pour le lien indirect s'exprime sous la forme :
Figure imgf000019_0001
Figure imgf000019_0002
avec
W, le spectre total de la bande passante du réseau d'accès,
, respectivement les puissances maximales disponibles au terminal mobile UT et au
Figure imgf000019_0003
terminal relais,
gUir et g respectivement les gains de puissance du canal selon le mode direct entre le
Figure imgf000019_0004
terminal UT et la station de base BS j sélectionnée, selon le mode indirect entre le terminal UT et le terminal relais DRN, et selon le mode indirect entre le terminal relais DRN et la station de base BS j sélectionnée,
No , la densité spectrale de puissance du bruit.
4. Station de base (BS) d'un réseau d'accès hétérogène comprenant plusieurs stations de base dont une station de base dite macro et des stations de base dites pico, adaptée pour la mise en œuvre d'un procédé (1) d'association entre un mobile (UT) et une station de base sélectionnée parmi les stations (BSj) de base du réseau d'accès hétérogène, le mobile pouvant se connecter à une station de base selon un mode direct ou selon un mode indirect via un autre mobile, la station de base comprend un calculateur (DSP) pour sélectionner (2) pour chacun des deux modes une station de base (BSj*) optimale selon un critère de gain de canal montant, pour déterminer (3) un débit maximal (R™}?, Rij* pour chacun des deux modes de connection entre le terminal et une des stations de base sélectionnées, à partir de la connaissance des gains de canal et de la puissance maximale des mobiles, pour une bande passante (W) du réseau d'accès et une densité spectrale de puissance (N0) du bruit données et pour choisir parmi les stations de base sélectionnées (BSJT), la station de base assurant la meilleure efficacité énergétique (EEi j?) sous contrainte de respecter un débit compris entre un débit minimum déterminé par une QoS et un des débits maximums (Λ™·*), le débit étant considéré entre la station sélectionnée et le terminal connecté selon le mode de connection associé à cette station.
5. Réseau d'accès hétérogène comprenant au moins une station de base selon la revendication précédente. Produit programme d'ordinateur sur un support d'informations, ledit programme comportant des instructions de programme adaptées à la mise en œuvre d'un procédé d'association selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 lorsque ledit programme est chargé et exécuté dans une station de base destinée à mettre en œuvre le procédé d'association.
Support d'informations comportant des instructions de programme adaptées à la mise en œuvre d'un procédé d'association selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 lorsque ledit programme est chargé et exécuté dans une station de base destinée à mettre en œuvre le procédé d'association.
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