WO2022269157A1 - Procede d'allocation d'une ressource frequentielle a au moins un terminal, dispositif associe - Google Patents

Procede d'allocation d'une ressource frequentielle a au moins un terminal, dispositif associe Download PDF

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WO2022269157A1
WO2022269157A1 PCT/FR2022/051107 FR2022051107W WO2022269157A1 WO 2022269157 A1 WO2022269157 A1 WO 2022269157A1 FR 2022051107 W FR2022051107 W FR 2022051107W WO 2022269157 A1 WO2022269157 A1 WO 2022269157A1
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WO
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cell
frequency resource
terminal
region
module
Prior art date
Application number
PCT/FR2022/051107
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Inventor
Steve Chukwuebuka ARUM
David Grace
Paul Mitchell
Laurent Reynaud
Original Assignee
Orange
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W72/00—Local resource management
    • H04W72/50—Allocation or scheduling criteria for wireless resources
    • H04W72/54—Allocation or scheduling criteria for wireless resources based on quality criteria

Definitions

  • the present invention belongs to the general field of telecommunications, and more particularly wireless communications implemented in cellular networks such as mobile networks (eg 3G, 4G, 5G, etc.), WiMAX, etc.
  • cellular networks such as mobile networks (eg 3G, 4G, 5G, etc.), WiMAX, etc.
  • cellular network By “cellular network”, reference is made, conventionally, to a wireless communication network formed by a plurality of communication cells. Each cell corresponds to the radio coverage offered by an antenna capable of transmitting data via transmission beams (“beam” in English), and can be theoretically represented on the ground in the form of a hexagon. Since the cells are contiguous with each other, the cellular network therefore admits a so-called “honeycomb” topology.
  • a cell can indiscriminately correspond to the radio coverage obtained thanks to an antenna fitted to a base station on the ground (the said base station can moreover be equipped with a plurality of antennas), or even thanks to an antenna fitted to a non-terrestrial platform, such as for example a HAP platform, a drone, a satellite, etc.
  • a non-terrestrial platform such as for example a HAP platform, a drone, a satellite, etc.
  • HAP platforms we notes that their deployment is today the subject of particular attention insofar as it makes it possible, in particular, to extend access to radio resources in areas that are difficult to access by land.
  • the ICIC techniques make it possible to impose access restrictions on the available radio resources, while achieving high spectral efficiency. They are based in particular on an intercellular signaling mechanism (i.e. messages exchanged between cells), and take advantage of the fact that the "cellular" structure of the network advantageously lends itself to the reuse (mutualization), between different cells, of several frequencies from a same given set of frequencies (this set being also called “frequency band”).
  • FFR Functional Frequency Reuse
  • This FFR technique is based on the partitioning of a cell into two zones, a central zone and a peripheral zone.
  • the central zone is managed so as to present a reuse factor equal to 1 (ie all the frequencies of the frequency band are accessible).
  • the peripheral zone is managed in such a way as to present a reuse factor greater than 1 (ie only a fraction of the frequencies of the frequency band are accessible). Proceeding in this way makes it possible to limit interference at the edge of cells insofar as the users positioned in two neighboring peripheral zones carry out communications on disjoint frequency spectra.
  • the FFR technique Although it seems to meet a large number of requirements sought during the implementation of communications in a cellular network, the FFR technique nevertheless remains disadvantageous in certain aspects. Indeed, the reuse factor associated with a zone (central or peripheral) of a cell remains fixed over time. What is more, within a peripheral zone, only a well-defined portion of the available frequency spectrum is intended to be used permanently. In other words, the management of the radio resources in a cell in accordance with the FFR technique obeys a pre-established program, thus creating a particularly rigid operating framework. This results in an inability to adapt to a dynamic evolution of the number of users present in the different zones.
  • the present invention aims to remedy all or part of the drawbacks of the prior art, in particular those set out above, by proposing a solution which makes it possible to obtain a very good compromise between spectral efficiency and limitation of interference. between adjacent cells of a cellular network, while offering a great ability to adapt to changes in the number of users in a peripheral zone of a cell.
  • the invention relates to a method for allocating a frequency resource to at least one terminal positioned in a region of a cell belonging to a cellular network, said cell being partitioned into a plurality of regions, the same set E of frequency resources being associated with each region of the cell. Furthermore, said method comprises, following the transmission by said at least one terminal of a request for allocation of a frequency resource from among said set E, steps of:
  • the allocation method according to the invention is initially based on the fact that the same set E of frequency resources is assigned to each of the regions of the cell.
  • said set E may relate to the entire frequency spectrum offered by the radiating source(s) (example: high altitude platform, base station(s), etc.) at the origin of the cellular network.
  • the radiating source(s) example: high altitude platform, base station(s), etc.
  • Such arrangements advantageously make it possible to retain great flexibility of use in the case of a marked change in the number of users in a cell.
  • each of the resources of the set E is associated with a numerical value likely to be updated by reinforcement (positive reinforcement, i.e. increase, or negative reinforcement, i.e. by decrease) depending on whether a comparison criterion by with respect to a quantity is satisfied or not.
  • the fact of executing the learning algorithm makes it possible to carry out a qualitative selection among the frequency resources available (ie not yet allocated), because of the values respectively associated with them. In this way, the fact that everything the set E is accessible (at least theoretically) for a region is advantageously counterbalanced by the hierarchy created between the resources of the table of said region.
  • the allocation method may also include one or more of the following characteristics, taken in isolation or in all technically possible combinations.
  • the reinforcement learning algorithm is a Q-reinforcement learning algorithm.
  • the cell to which said at least one terminal belongs is partitioned into two regions separated by a boundary defined as being a level line of a determined magnitude.
  • each cell of the cellular network comprises six adjacent cells, the cell to which said at least one terminal belongs being partitioned into seven regions comprising a central region in contact with each of the other six regions, the boundary of said central region being defined as being a Voronoi curve parametrized by a determined magnitude and characterized by the values taken by said magnitude relative to the cells adjacent to said cell to which said at least one terminal belongs.
  • the quantity relating to the measurement obtained during a communication carried out by said at least one terminal using the selected frequency resource is one of: a signal-to-noise ratio, a signal-to-noise plus interference ratio, an indicator of power level, a signal quality indicator, and
  • the magnitude from which a boundary is defined is one of: a signal to noise ratio, a signal to noise plus interference ratio, a power level indicator, a signal quality indicator.
  • the cellular network is generated by:
  • hybrid infrastructure comprising a non-terrestrial mobile site and a terrestrial mobile site.
  • the cellular network can be generated by at least one base station.
  • the invention relates to a computer program comprising instructions for implementing an allocation method according to the invention when said computer program is executed by a computer.
  • 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 no any other desirable shape.
  • the invention relates to an information or recording medium readable by a computer on which is recorded a computer program according to the invention.
  • the information or recording medium can be any entity or device capable of storing the program.
  • the medium may comprise a storage means, such as a ROM, for example a CD ROM or a microelectronic circuit ROM, or else a magnetic recording means, for example a hard disk.
  • the information or recording medium can be a transmissible medium such as an electrical or optical signal, which can be conveyed via an electrical or optical cable, by radio or by other means.
  • the program according to the invention can in particular be downloaded from an Internet-type network.
  • the information or recording medium 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 invention relates to a device for allocating a frequency resource to at least one terminal positioned in a region of a cell belonging to a cellular network, said cell being partitioned into a plurality of regions, the same set E of frequency resources being associated with each region of the cell.
  • said device comprises:
  • an identification module configured to identify the cell and the region associated with said at least one terminal following the transmission by said at least one terminal of a request for allocation of a frequency resource from among said set E,
  • a verification module configured to verify the availability of at least one frequency resource in a table listing said set E, associated with the identified cell and region, and comprising values respectively associated with the listed resources
  • an execution module configured to execute, if at least one frequency resource is available in said table, a reinforcement learning algorithm based on the value or values associated with said at least one available frequency resource, said module execution comprising:
  • a selection sub-module configured to select a frequency resource from said at least one available frequency resource
  • an obtaining sub-module configured to obtain a measurement of a determined quantity associated with said at least one terminal, said measurement being carried out during a communication carried out by said at least one terminal using the selected frequency resource
  • a comparison sub-module configured to compare the measurement obtained with a given threshold, so as to obtain a comparison result
  • a rejection module configured to reject the allocation request in the case of a negative reinforcement or if no frequency resource is available.
  • the invention relates to a wireless communication system comprising means configured to generate a cellular network, at least one terminal positioned in a region of a cell belonging to said cellular network as well as a device for the allocation of a frequency resource to said at least one terminal in accordance with the invention.
  • FIG. 1 schematically represents, in its environment, a particular embodiment of a wireless communication system according to the invention
  • FIG. 2 schematically represents an example of partitioning of a cell of a cellular network generated by a high altitude platform belonging to the wireless communication system of FIG. 1;
  • FIG. 3 schematically represents another example of partitioning of a cell of a cellular network generated by a high altitude platform belonging to the wireless communication system of FIG. 1;
  • FIG. 4 illustrates in more detail the principle of the partitioning of FIG. 3;
  • FIG. 5 schematically represents an example of hardware architecture of an allocation device belonging to the wireless communication system of FIG. 1;
  • FIG. 6 represents, in the form of a flowchart, a particular mode of implementation of an allocation method according to the invention as executed by the allocation device of FIG. 5.
  • Figure 1 schematically shows, in its environment, a particular embodiment of a wireless communication system SYS according to the invention.
  • the wireless communication system SYS comprises means configured to generate (on the ground) a cellular wireless communication network (in other words, access to the cellular wireless network is carried out via said means).
  • a cellular wireless communication network in other words, access to the cellular wireless network is carried out via said means.
  • the system SYS can be configured to use a bandwidth of 5 MHz, the carrier being fixed at 2 GHz and where the set E comprises 300 frequency resources each of 15 kHz (the bandwidth of 5 MHz is partitioned into 25 resource blocks of 180 kHz each, each block containing 12 frequency resources of 15 kHz).
  • the invention remains applicable to other types of mobile networks (for example 2G, 3G, 4G), WiMAX, etc.
  • mobile networks for example 2G, 3G, 4G
  • WiMAX WiMAX
  • no limitation is attached to the wireless communication network that can be considered in the context of the present invention when the latter is a cellular network.
  • a “set of frequency resources” can comprise one or more frequency resources.
  • frequency resource can also admit other denominations, such as for example "sub-channel” in the context of cellular networks as defined by the 3GPP consortium and relying on the OFDMA data encoding technique.
  • said means configured to generate the cellular network correspond to a high altitude HAP platform taking the form of an airship-type aircraft positioned in the stratosphere at an altitude of between 17 km and 22 km.
  • a high altitude platform other than an airship such as an airplane, a drone, etc.
  • said HAP high altitude platform is equipped with an antenna.
  • This antenna is formed of a plurality of elementary antennas organized in antenna array and configured to transmit data using transmission beams.
  • the cells of the cellular network are thus generated by means of said transmission beams and are separated from each other in accordance with a radiation pattern specific to the antenna equipping the high altitude platform HAP.
  • the shape and size of the cells on the ground are therefore determined by the characteristics of the antenna, but also by an elevation angle evaluated with respect to a horizontal plane in which the antenna extends (when the angle of elevation decreases, cells become larger with increasing overlap between them).
  • each antenna beam provides uniform illumination to one cell in the cellular network.
  • - a land mobile site typically equipped with one or more base stations, or
  • an infrastructure comprising at least one terrestrial mobile site and at least one non-terrestrial mobile site (example: a high altitude HAP platform).
  • a high altitude HAP platform example: a high altitude HAP platform.
  • a cell belonging to the cellular network can conventionally be represented in an abstract manner in the form of a hexagon.
  • the cellular network has a so-called “honeycomb” structure, each cell having six adjacent cells.
  • the hexagonal shape constitutes a known abstract representation of a cell
  • said cell can still be represented in another form substantially similar to that of a disc. More particularly, such a disc is configured so that its border forms a circle circumscribed to the hexagon concerned. It is nevertheless important to observe that such a circular representation of a cell remains theoretical insofar as it is above all based on hypotheses linked to the conditions of propagation of the radioelectric signals (absence of obstacles likely to induce reflections, diffractions , etc.).
  • the circular boundary of a cell is defined as a function (corresponds to a level line) of a quantity characteristic of the attenuation of a radioelectric signal between a first point (site of measurement of said magnitude) of the cell and a second substantially central point within the cell.
  • this second point typically corresponds to the nadir relative to the antenna element belonging to the high altitude platform HAP and responsible for generating the cell (it should be noted that in the case of an implementation via station (s) base, said second point corresponds to the location of the base station in the cell).
  • said quantity may correspond to a signal-to-noise ratio, also called “CNR” (acronym of the English expression “Carrier to Noise Ratio”) or else “C/N”.
  • said magnitude may correspond to a signal to interference plus noise ratio, also called “CINR” (acronym of the English expression “Carrier to Interference plus Noise Ratio”).
  • CINR signal to interference plus noise ratio
  • a cell of the cellular network can correspond to a macro-cell, or to a micro-cell, or to a pico-cell, etc.
  • the wireless communication system SYS also comprises a user terminal UE attached to (and therefore served by) the high altitude platform HAP and positioned in a cell CELL of the cellular network.
  • the CELL cell is represented in FIG. 1 in correspondence with the theoretical circular shape described above.
  • the UE terminal corresponds for example to a cellular telephone, for example of the smartphone type, a touch pad, a personal digital assistant, a personal computer, etc. In general, no limitation is attached to the nature of said terminal UE.
  • the UE terminal is in particular configured in a manner known per se so as to be able to carry out processing operations enabling it to transmit to the high altitude platform 11 (or to another device, known as the “allocation device” D_A , belonging to the communication system SYS and described below) a request for allocation of a frequency resource among the set E as well as to exchange data (and therefore communicate) with, in particular, the high altitude platform HAP and said allocation device D_A, by implementing a communication method.
  • the UE terminal comprises for example one or more processors and storage means (magnetic hard disk, electronic memory, optical disk, etc.) in which are stored data and a computer program, under the form of a set of program code instructions to be executed to implement said communication method.
  • processors and storage means magnetic hard disk, electronic memory, optical disk, etc.
  • the UE terminal also comprises one or more programmable logic circuits, of the FPGA, PLD, etc. type, and/or specialized integrated circuits (ASIC), and/or a set of discrete electronic components, etc. . adapted to implement said communication method.
  • programmable logic circuits of the FPGA, PLD, etc. type, and/or specialized integrated circuits (ASIC), and/or a set of discrete electronic components, etc. . adapted to implement said communication method.
  • the terminal UE comprises a set of means configured in software (specific computer program) and/or hardware (FPGA, PLD, ASIC, etc.) to implement said communication method .
  • said UE terminal can occupy a fixed position or even be mobile, the invention being applied indiscriminately to one or the other of these configurations.
  • said terminal UE occupies a fixed position in the cell CELL.
  • the wireless communication system SYS also comprises an allocation device D_A, the latter being configured in hardware and software to perform processing operations making it possible to allocate a frequency resource to the terminal UE among the set E, by implementing an allocation method according to the invention.
  • an allocation device D_A configured in hardware and software to perform processing operations making it possible to allocate a frequency resource to the terminal UE among the set E, by implementing an allocation method according to the invention.
  • the aspects related to the architecture of said allocation device D_A as well as to the implementation of said allocation method are described in more detail later.
  • each cell of the cellular network (and therefore a fortiori the cell CELL in which the terminal UE is positioned) is partitioned into a plurality of regions. Said terminal UE is therefore more particularly positioned in such a region RJJE of the cell CELL.
  • each cell/region is associated with an identifier making it possible to distinguish it from the other cells/regions.
  • Each region of a cell (and therefore a fortiori the RJJE region of the cell CELL in which the terminal UE is positioned) is also associated with said set E of frequency resources.
  • this association between a region of a cell and said set E here takes the form of a (data) table in which all the frequency resources of said set E are listed.
  • a table is associated with the identifiers of the region and of the cell to which it relates, so that it is possible to distinguish between the tables of the cellular network and to access them selectively.
  • the invention nevertheless proposes, in addition to this access to the entire spectrum, a learning process making it possible, over time, to prioritize access to certain frequency resources in each region so as to obtain a very good compromise between spectral efficiency and limitation of interference between adjacent cells of the cellular network, while offering a great ability to adapt to changes in the number of users in the cells.
  • the resources of the set E listed in a table of a region are respectively associated with (numerical) values intended to be updated in accordance with said learning process, as described below in more detail. details.
  • FIG. 2 schematically represents an example of partitioning of the cell CELL to which the terminal UE belongs.
  • the cell CELL to which said terminal UE belongs is partitioned into two regions, namely the central region CR_2 and a peripheral region ER_2 (the hexagonal abstract shape of the cell is shown in dotted lines at purely indicative)—Said regions CR_2 and ER_2 are separated by a border defined as a being a level line of a signal-to-noise ratio CNR.
  • a quantity other than a CNR quantity can be considered to define the boundary of the partitioning between the regions CR_2, ER_2.
  • the quantity in question can be one of: CINR, RSSI, RSRP, RSRQ, etc.
  • FIG. 3 schematically represents another example of partitioning of the cell
  • each of said six level lines extends opposite a cell adjacent to the cell CELL, between two consecutive peaks of said star shape, and corresponds to a level line of a signal to interference plus noise ratio CINR .
  • each level line represents the portion of the FR_CR_7 boundary beyond which a CINR measurement is predominantly influenced either by the CELL cell, or by the adjacent cell located opposite said portion, depending on whether said measurement is performed. either side of said portion.
  • each region ERi_7 (i being an integer index between 1 and 6) is representative of a zone in which the value of a CINR measurement is dominated by the signals emitted in the adjacent cell which covers said region ERi_7.
  • the above elements make it possible to define the FR_CR_7 boundary as being a Voronoi curve parameterized by a signal to interference plus noise ratio CINR and characterized by the values taken by said CINR ratio relative to the cells adjacent to said cell CELL .
  • a quantity other than a quantity CINR can be envisaged to define the border FR_CR_7.
  • the quantity in question can be one of: CNR, RSSI, RSRP, RSRQ, etc.
  • FIG. 4 illustrates the partitioning principle of FIG. 3 in more visual detail, limiting itself (for reasons of simplification) to a representation comprising said cell CELL as well as two adjacent cells CELL_ADJ_1, CELL_ADJ_2.
  • the ER1_7 region corresponds to the zone of intersection between the respective substantially circular borders of the cells CELL and CELL_ADJ_1 (cells CELL and CELL_ADJ_2 respectively).
  • the portion of the border FR_CR_7 which delimits the region ER1_7 corresponds to the portion of the border of the adjacent cell CELL_ADJ_1 (respectively of the adjacent cell CELL_ADJ_2) included in the cell CELL.
  • FIG. 5 schematically represents an example of hardware architecture of the allocation device D_A belonging to the system SYS of FIG. 1.
  • the allocation device D_A has the hardware architecture of a computer.
  • the allocation device D_A comprises, in particular, a processor 1, a random access memory 2, a read only memory 3 and a non-volatile memory 4. It also comprises a communication module 5.
  • the ROM 3 of the allocation device D_A constitutes a recording medium in accordance with the invention, readable by the processor 1 and on which is recorded a computer program PROG in accordance with the invention, comprising instructions for the execution of steps of the allocation method according to the invention.
  • the program PROG defines functional modules of the allocation device D_A, which are based on or control the hardware elements 1 to 5 of the allocation device D_A mentioned above, and which include in particular:
  • an identification module MOD_ID configured to identify the cell CELL and the region R_UE associated with said terminal UE following the transmission by said terminal UE of a request for allocation of a frequency resource from among said set E,
  • a verification module MOD_VERIF configured to verify the availability of at least one frequency resource in the table associated with the cell CELL and with the region R_UE identified for the terminal UE
  • an execution module MOD_EXEC configured to execute, if at least one frequency resource is available in said table, a reinforcement learning algorithm based on the value(s) associated with said at least one available frequency resource, said MOD_EXEC execution comprising:
  • a selection sub-module SS_MOD_SELEC configured to select a frequency resource from said at least one frequency resource available
  • a sub-module for obtaining SS_MOD_OBT configured to obtain a measurement of a determined quantity associated with said terminal UE, said measurement being carried out during a communication carried out by said terminal UE using the selected frequency resource
  • a comparison module sub-module SS_MOD_COMP configured to compare the measurement obtained with a given threshold, so as to obtain a comparison result
  • a rejection module MOD_REJ configured to reject the allocation request in the case of a negative reinforcement or if no frequency resource is available.
  • the communication module 5 notably allows the allocation device D_A to communicate with the high altitude platform HAP as well as with the terminal UE.
  • the communication module 5 allows the allocation device D_A to receive (directly or indirectly) an allocation request transmitted by the terminal UE as well as to transmit to the latter information (such as an identifier) relating to the frequency resource selected by the selection sub-module SS_MOD_SELEC.
  • the expression "to obtain a measurement of a determined quantity associated with said terminal UE" relating to the obtaining sub-module SS_MOD_OBT can take on different meanings from which different embodiments of said sub-module for obtaining SS_MOD_OBT.
  • the obtaining in question refers to the measurement as such of said determined magnitude.
  • the obtaining sub-module SS_MOD_OBT is configured appropriately to perform said measurement.
  • the obtaining sub-module SS_MOD_OBT can comprise an acquisition chain comprising at least one sensor dedicated to the measurement of said quantity, an acquisition card configured to condition (example: amplification and/or filtering) a signal power supplied by said sensor, etc.
  • the configuration of such acquisition means is well known to those skilled in the art, and is therefore not detailed here further.
  • the obtaining in question refers to the reception of the measurement of said determined quantity, after this measurement has been carried out by the terminal UE itself.
  • the obtaining sub-module MOD_OBT is integrated into the communication module 5 of the allocation device D_A.
  • the reinforcement learning algorithm is of the Q-reinforcement learning type.
  • the quantity considered for the measurement obtained by the obtaining sub-module SS_MOD_OBT as well as for the comparison carried out by the comparison sub-module SS_MOD_COMP corresponds to the signal to interference plus noise ratio CINR.
  • the threshold used to compare the measurement quantifies the quality of the signal perceived by the terminal UE on the basis of the resources allocated by the allocation device D_A.
  • This threshold is generally expressed in the same unit as the quantity considered for the measurement, for example in dB/dBm in the case of CINR.
  • those skilled in the art know how to set such a threshold to qualify the quality of the signal perceived by the terminal UE.
  • each cell of the cellular network is partitioned into a plurality of regions.
  • the partitioning of the cells of the cellular network, and therefore a fortiori of the cell CELL in which the terminal UE is located is carried out by an entity other than the device of D_A allocation (for example by the HAP high altitude platform).
  • the allocation device D_A is aware of the partitioning before the implementation of the allocation method (it may be for example a digital map stored by the allocation device D_A in its memory not volatile 4), this knowledge resulting from a communication between said other entity and the allocation device D_A (data exchanges implemented, in particular, by the communication means 5).
  • the allocation device D_A comprises for example a partitioning module MOD_PART configured to carry out said partitioning.
  • the realization of said partitioning can for example be the subject of a step of the allocation process (in which case the partitioning module is a functional module defined by the program PROG), or even be the subject of a partitioning method implemented prior to the allocation method.
  • the allocation device D_A stores (for example in its non-volatile memory 4) the tables and the identifiers respectively associated with the cells and regions of the cellular network.
  • the tables and the identifiers are stored elsewhere, for example in one or more databases external to the allocation device D_A and to which the latter can have access via the means of communication 5.
  • the values contained in the tables can for example result from a prior execution of said allocation method.
  • these values can for example result from an initialization consisting of a draw of random values, an assignment of zero values, etc.
  • the way in which the values contained in the tables are defined before the execution of the allocation method is not a limiting factor of the invention.
  • the set E comprises N frequency resources, N being an integer strictly greater than 1, and that the resources of the set E are denoted CANJ (i being an integer index between 1 and N).
  • FIG. 6 represents, in the form of a flowchart, a particular mode of implementation of the allocation method according to the invention as executed by the allocation device D_A of FIG. 5.
  • the values contained in a table associated with a region of a cell are independent of the values contained in another table associated with another region of said cell.
  • the update of the values of a table is done independently of the values of another table. The way in which the update of a value is carried out is described below.
  • said embodiment of the allocation method can be executed for any terminal positioned in a cell of the cellular network, and also independently of the cell in question. It is nevertheless described here for the single terminal UE of the cell CELL in accordance with the non-limiting assumptions made above concerning the wireless communication system SYS. It is nevertheless understood that the steps described below can be iterated (sequentially and/or in parallel) for a plurality of terminals.
  • the execution of said mode of implementation is carried out following the transmission by said terminal UE of a request REQ for the allocation of a frequency resource from among said set E.
  • the transmission of this request REQ is linked to the fact that the terminal UE wishes to establish a communication (for example with another terminal of the cellular network). Note that this request REQ does not relate to a given specific resource but targets any one of the resources of the set E.
  • the defense method comprises a step E10 of identifying the cell CELL and the region R_UE associated with said terminal UE.
  • Said step E10 is implemented by the identification module MOD_ID of the allocation device D_A.
  • said step E10 of identification comprises initially a reception of the request REQ transmitted (relayed) by the high altitude platform HAP, then a search for the identifiers respectively associated with the cell CELL and to the region RJJE in storage means of the allocation device D_A (as a reminder, it is assumed here that said identifiers are stored by the allocation device D_A).
  • the implementation of the identification step E10 may be different from that described above if it is assumed that the identifiers of the cell CELL as well as of the UE region are stored by the platform high altitude HAP (and not by the allocation device D_A) and/or if it is assumed that the request REQ is not relayed to the allocation device D_A.
  • the D_A allocation device transmits to said high altitude platform HAP a request for obtaining the identifiers of the cell CELL as well as of the region UE.
  • the high altitude platform HAP transmits from it -even to the allocation device D_A the identifiers of the cell CELL as well as of the region UE.
  • the allocation method also includes a step E20 of checking the availability of at least one frequency resource CANJ in the table TAB associated with the cell CELL and with the region RJJE. Said step E20 is implemented by the verification module MOD_VERIF of the allocation device D_A.
  • Said step E20 consists of browsing the table TAB and determining whether one or more frequency resources CANJ are available, that is to say not yet allocated to one or more other terminals (the allocation device D_A here keeping information in memory enabling the resources already allocated to be identified).
  • the allocation request REQ is rejected (step E30 implemented by the rejection module MOD_REJ of the allocation device D_A). It is noted that such a rejection of the allocation request REQ can be likened to a blocking of the user of the terminal UE.
  • VAL[CAN_i] the value associated with a frequency resource CANJ in the table TAB is denoted VAL[CAN_i].
  • the allocation method includes a step E40 of executing a Q-reinforcement learning algorithm based on the value(s) VAL[ CANJ] associated with said at least one available CANJ frequency resource.
  • Said step E40 is implemented by the execution module MOD_EXEC of the allocation device D_A.
  • Q-learning in English, and indicated under the reference “Q-ALGO” in FIG. 6
  • Q-ALGO the general implementation of a Q-reinforcement learning algorithm
  • K frequency resources among the resources CAN_1,..., CAN_N are available (K is an integer between 1 and N), and we denote CAN_DISP_1,..., CAN_DISP_K said K available resources.
  • said step E40 initially comprises a sub-step E40_1 for selecting a frequency resource from among said resources CAN_DISP_1,..., CAN_DISP_K.
  • Said selection sub-step E40_1 is implemented by the sub-module SS_MOD_SELEC of the allocation device D_A.
  • said selection sub-step E40_1 is carried out in accordance with the general principles of Q-reinforcement learning. More particularly, said sub-step E40_l comprises a first test (reference E40_l_l in FIG. 6) to determine whether the values VAL[CAN_DISP_1],..., VAL[CAN_DISP_K] respectively associated with the resources CAN_DISP_1,..., CAN_DISP_K in table TAB are equal to each other or not.
  • step E40_1 consists of a random selection of a resource from among the resources CAN_DISP_1,..., CAN_DISP_K (reference E40_1_2 in FIG. 6).
  • said sub-step E40_l comprises a second test (reference E40_l_3 in FIG. 6) to determine whether there exist, among the resources CAN_DISP_1,..., CAN_DISP_K, several resources whose respective values in table TAB are maximum.
  • step E40_l consists of a random selection of a resource from among the resources whose respective values in the table TAB are maximum (reference E40_l_4 in FIG. 6 ). If the response to the second test is negative, said sub-step E40_1 includes a selection (reference E40_1_5 in FIG. 6) of a resource from among the resources CAN_DISP_1,..., CAN_DISP_K with zero probability.
  • the fact of carrying out such a probabilistic selection corresponds to a conventional approach within the framework of the implementation of Q-reinforcement learning, also called the exploitation-exploration approach or the e-greedy approach. in English).
  • a frequency resource has been selected from among the resources CAN_DISP_1,..., CAN_DISP_K.
  • This selected resource is denoted CAN_SELEC and is communicated to the terminal UE by the allocation device D_A (sub-step E40_2 in FIG. 6).
  • the communication of the CAN_SELEC resource to the UE terminal is carried out by means of a message comprising information representative of said CAN_SELEC resource, such as for example an identifier of the latter, and from which the UE terminal is able to determine that the resource allocated to it is said CAN_SELEC resource.
  • step E40 includes a sub-step E40_3 for obtaining (i.e. receiving in the present embodiment) a measurement MES_CINR of a signal-to-interference plus noise ratio CINR associated with the terminal UE , said measurement MES_CINR being carried out during a communication carried out by said terminal UE using the resource CAN_SELEC.
  • Said sub-step E40_3 is implemented by the sub-module SS_MOD_OBT of the allocation device D_A.
  • the measurement MES_CINR is carried out by the terminal UE itself, then transmitted to the high altitude platform HAP which relays it to the allocation device D_A.
  • the measurement MES_CINR is directly transmitted to the allocation device D_A.
  • This measurement MES_CINR is compared with a given threshold S_CINR during a comparison sub-step E40_4 implemented by the sub-module SS_MOD_COMP of the allocation device D_A. In this way, a comparison result is obtained.
  • Step E40 therefore includes a sub-step E40_5 for updating by positive or negative reinforcement the value VAL[CAN_SELEC] associated with the selected frequency resource CAN_SELEC as a function of said comparison result.
  • Said sub-step E40_5 is implemented by the sub-module SS_MOD_UPDATE of the allocation device D_A.
  • step E50 implemented by the rejection module MOD_REJ of the allocation device D_A.

Abstract

L'invention concerne un procédé d'allocation d'une ressource fréquentielle, parmi un ensemble E de ressources fréquentielles, à au moins un terminal (UE) positionné dans une région (R_UE) d'une cellule (CELL) appartenant à un réseau cellulaire. Ledit procédé comporte, suite à l'émission par ledit au moins un terminal d'une requête (REQ) d'allocation d'une ressource fréquentielle, des étapes de : identification (E10) de la cellule et de la région associées audit au moins un terminal, vérification (E20) de la disponibilité d'au moins une ressource fréquentielle dans une table (TAB) comprenant des valeurs respectivement associées aux ressources de l'ensemble E, si au moins une ressource fréquentielle est disponible, exécution (E40) d'un algorithme d'apprentissage par renforcement basé sur la ou les valeurs associées à ladite au moins une ressource fréquentielle disponible, de sorte à sélectionner une ressource pour ledit au moins un terminal.

Description

Description
Titre de l'invention : Procédé d'allocation d'une ressource fréquentielle à au moins un terminal, dispositif associé
Technique antérieure
[0001] La présente invention appartient au domaine général des télécommunications, et plus particulièrement des communications sans fil mises en oeuvre dans des réseaux cellulaires tels que des réseaux mobiles (ex. 3G, 4G, 5G, etc.), WiMAX, etc.
[0002] Elle concerne plus particulièrement un procédé d'allocation d'une ressource fréquentielle à au moins un terminal positionné dans une région d'une cellule appartenant à un réseau cellulaire. Elle concerne également un dispositif configuré pour mettre en oeuvre ledit procédé d'allocation. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse, bien que nullement limitative, dans le cas de réseaux cellulaires dont les cellules sont générées par une plateforme à haute altitude, encore dite plateforme « HAP » (acronyme de l'expression anglaise « High Altitude Platform »).
[0003] Afin de s'adapter à la croissance continue et toujours plus rapide du trafic de données émises par les systèmes de communications sans fil de réseaux cellulaires, différentes technologies sont aujourd'hui mises en oeuvre, ou bien font l'objet de perfectionnements en vue d'une exploitation optimale dans les années à venir. Cela est notamment d'importance pour le déploiement en cours des réseaux de communication 5G dans lesquels on doit être en mesure de servir un ensemble hétérogène d'appareils, comme par exemple des téléphones mobiles intelligents (encore connus sous la dénomination anglaise « smartphone ») mais également des objets de la vie courante rendus communicants pour délivrer des applications IoT (acronyme de l'expression anglaise « Internet of Things »).
[0004] Par « réseau cellulaire », il est fait référence, de manière conventionnelle, à un réseau de communication sans fil formé d'une pluralité de cellules de communication. Chaque cellule correspond à la couverture radio offerte par une antenne apte à transmettre des données via des faisceaux de transmission (« beam » en anglais), et peut être représentée de manière théorique au sol sous la forme d'un hexagone. Les cellules étant contiguës entre elles, le réseau cellulaire admet dès lors une topologie dite en « nid d'abeille ».
[0005] On note par ailleurs qu'une cellule peut indistinctement correspondre à la couverture radio obtenue grâce à une antenne équipant une station de base au sol (ladite station de base pouvant d'ailleurs être équipée d'une pluralité d'antennes), ou bien encore grâce à une antenne équipant une plateforme non terrestre, comme par exemple une plateforme HAP, un drone, un satellite, etc. Pour ce qui concerne plus particulièrement les plateformes HAP, on note que leur déploiement fait aujourd'hui l'objet d'une attention particulière dans la mesure où il permet, notamment, d'étendre l'accès à des ressources radio dans des zones difficilement accessibles par voie terrestre. Pour davantage de détails concernant lesdites plateformes HAP, le document suivant peut par exemple être consulté : « Beam-Pointing Algorithm for Contiguous High-Altitude Platform Cell Formation for Extended Coverage », S. C. Arum, D. Grâce, P. D. Mitchell, M.D. Zakaria, in Proceedings of the IEEE VTC-Fall, Honolulu, HI, USA, 22-25 September 2019.
[0006] En pratique, les technologies mises en oeuvre pour gérer des communications au sein d'un réseau cellulaire visent à réaliser un compromis entre :
- optimisation de l'efficacité spectrale, de sorte à fournir une bonne qualité de service aux utilisateurs (étant entendu qu'une quantité limitée de ressources radio est accessible), et
- limitation des interférences.
[0007] Pour ce qui concerne la problématique des interférences au sein d'une seule et même cellule, elle est traditionnellement surmontée en faisant appel à des techniques spécifiques de traitement de signal. A cet effet, on connaît notamment la technique de codage de données dite « OFDMA » proposée par le consortium 3GPP (acronyme des expressions anglaises « Orthogonal Frequency Division Multiple Access » et « Third Génération Partnership Project ») et largement déployée aujourd'hui.
[0008] Le codage OFDMA ne permet cependant pas de limiter les interférences entre cellules adjacentes, ce qui est contraignant pour les utilisateurs situés en bordure de cellule. Des solutions complémentaires ont dès lors été proposées pour tenter de répondre à ce problème plus spécifique, parmi lesquelles des solutions regroupées sous la dénomination « ICIC » (acronyme de l'expression anglaise « Inter-Cell Interférence Coordination »).
[0009] Les techniques ICIC permettent d'imposer des restrictions d'accès aux ressources radio disponibles, tout en atteignant une efficacité spectrale élevée. Elles reposent notamment sur un mécanisme de signalisation intercellulaire (i.e. messages échangés entre cellules), et tirent parti du fait que la structure « cellulaire » du réseau se prête avantageusement à la réutilisation (mutualisation), entre différentes cellules, de plusieurs fréquences issues d'un même ensemble donné de fréquences (cet ensemble étant encore appelé « bande fréquentielle »).
[0010] Ainsi, parmi les techniques ICIC connues, la technique dite « FFR » (acronyme de l'expression anglaise « Fractional Frequency Reuse ») est celle faisant l'objet d'un intérêt important ces dernières années. Cette technique FFR s'appuie sur le partition nement d'une cellule en deux zones, une zone centrale et une zone périphérique. La zone centrale est gérée de sorte à présenter un facteur de réutilisation égal à 1 (i.e. l'ensemble des fréquences de la bande fréquentielle sont accessibles). La zone périphérique est quant à elle gérée de sorte à présenter un facteur de réutilisation supérieur à 1 (i.e. une fraction seulement des fréquences de la bande fréquentielle sont accessibles). Procéder de cette manière permet de limiter les interférences en bordure de cellules dans la mesure où les utilisateurs positionnées dans deux zones périphériques voisines réalisent des communications sur des spectres fréquentiels disjoints.
[0011] Bien que semblant répondre à un nombre important d'exigences recherchées lors de la mise en oeuvre de communications dans un réseau cellulaire, la technique FFR n'en reste pas moins désavantageuse sous certains aspects. En effet, le facteur de réutilisation associé à une zone (centrale ou périphérique) d'une cellule reste fixe dans le temps. Qui plus est, au sein d'une zone périphérique, seule une portion bien déterminée du spectre fréquentiel disponible est destiné à être exploitée de manière permanente. En d'autres termes, la gestion des ressources radio dans une cellule conformément à la technique FFR obéit à un programme préétabli, créant ainsi un cadre d'exploitation particulièrement rigide. Il en résulte une incapacité à s'adapter à une dynamique d'évolution du nombre d'utilisateurs présents dans les différentes zones. Ainsi, à titre d'exemple, si un nombre important d'utilisateurs vient à occuper une zone périphérique d'une cellule pendant une période suffisamment longue, la portion du spectre fréquentiel allouée à ladite zone périphérique, qui ne peut être modifiée, peut se révéler insuffisante pour satisfaire les besoins en communication de ces utilisateurs.
Exposé de l'invention
[0012] La présente invention a pour objectif de remédier à tout ou partie des inconvénients de l'art antérieur, notamment ceux exposés ci-avant, en proposant une solution qui permette d'obtenir un très bon compromis entre efficacité spectrale et limitation des interférences entre cellules adjacentes d'un réseau cellulaire, tout en offrant une grande capacité d'adaptation à l'évolution du nombre d'utilisateurs dans une zone périphérique d'une cellule.
[0013] A cet effet, et selon un premier aspect, l'invention concerne un procédé d'allocation d'une ressource fréquentielle à au moins un terminal positionné dans une région d'une cellule appartenant à un réseau cellulaire, ladite cellule étant partitionnée en une pluralité de régions, un même ensemble E de ressources fréquentielles étant associé à chaque région de la cellule. En outre, ledit procédé comporte, suite à l'émission par ledit au moins un terminal d'une requête d'allocation d'une ressource fréquentielle parmi ledit ensemble E, des étapes de :
- identification de la cellule et de la région associées audit au moins un terminal,
- vérification de la disponibilité d'au moins une ressource fréquentielle dans une table répertoriant ledit ensemble E, associée à la cellule et à la région identifiées, et comprenant des valeurs respectivement associées aux ressources répertoriées,
- si au moins une ressource fréquentielle est disponible dans ladite table, exécution d'un algorithme d'apprentissage par renforcement basé sur la ou les valeurs associées à ladite au moins une ressource fréquentielle disponible, ladite exécution comportant :
• une sélection d'une ressource fréquentielle parmi ladite au moins un ressource fréquentielle disponible,
• une obtention d'une mesure d'une grandeur déterminée associée audit au moins un terminal, ladite mesure étant effectuée au cours d'une communication réalisée par ledit au moins un terminal en utilisant la ressource fréquentielle sélectionnée,
• une mise à jour par renforcement positif ou négatif de la valeur associée à la ressource fréquentielle sélectionnée en fonction d'un résultat de comparaison entre la mesure obtenue et un seuil donné, la requête d'allocation étant rejetée dans le cas d'un renforcement négatif ou si aucune ressource fréquentielle n'est disponible.
[0014] Ainsi, le procédé d'allocation selon l'invention se base dans un premier temps sur le fait que le même ensemble E de ressources fréquentielles est affecté à chacune des régions de la cellule. En particulier, ledit ensemble E peut concerner l'entièreté du spectre fréquentiel proposé par la ou les sources rayonnantes (exemple : plateforme haute altitude, station(s) de base, etc.) à l'origine du réseau cellulaire. Autrement dit, et contrairement à ce qui est proposé par l'état de la technique, il n'est pas considéré que certaines portions du spectre fréquentiel doivent être réservées pour une ou plusieurs régions tout en étant exclues pour encore d'autres régions. De telles dispositions permettent avantageusement de garder une grande souplesse d'utilisation dans le cas d'une évolution marquée du nombre d'utilisateurs dans une cellule.
[0015] Bien entendu, le fait de donner accès à un même ensemble E de ressources fréquentielles dans chacune des régions d'une cellule constitue une contrainte potentielle en termes de compromis efficacité spectrale / limitation des interférences entre cellules adjacentes. Cette difficulté est néanmoins surmontée astucieusement par l'invention grâce à l'exécution de l'algorithme d'apprentissage par renforcement.
[0016] En effet, une telle exécution permet d'établir, pour chaque région de la cellule, une hiérarchie (pondération) entre les ressources de l'ensemble E répertoriées dans la table affectée à ladite région. Plus particulièrement, chacune des ressources de l'ensemble E est associé à une valeur numérique susceptible d'être mise à jour par renforcement (renforcement positif, i.e. accroissement, ou bien renforcement négatif, i.e. par diminution) selon qu'un critère de comparaison par rapport à une grandeur est satisfait ou non.
[0017] En définitive, le fait d'exécuter l'algorithme d'apprentissage permet d'effectuer une sélection qualitative parmi les ressources fréquentielles disponibles (i.e. non encore alloués), en raison des valeurs respectivement associées à ceux-ci. De cette manière, le fait que tout l'ensemble E soit accessible (au moins de manière théorique) pour une région est avantageusement contrebalancé par la hiérarchie créée entre les ressources de la table de ladite région.
[0018] Dans des modes particuliers de mise en oeuvre, le procédé d'allocation peut comporter en outre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles.
[0019] Dans des modes particuliers de mise en oeuvre, l'algorithme d'apprentissage par renforcement est un algorithme de Q-apprentissage par renforcement.
[0020] Dans des modes particuliers de mise en oeuvre, la cellule à laquelle appartient ledit au moins un terminal est partitionnée en deux régions séparées par une frontière définie comme étant une ligne de niveau d'une grandeur déterminée.
[0021] Dans des modes particuliers de mise en oeuvre, chaque cellule du réseau cellulaire comporte six cellules adjacentes, la cellule à laquelle appartient ledit au moins un terminal étant partitionnée en sept régions comprenant une région centrale en contact avec chacune des six autres régions, la frontière de ladite région centrale étant définie comme étant une courbe de Voronoi paramétrée par une grandeur déterminée et caractérisée par les valeurs prises par ladite grandeur relativement aux cellules adjacentes à ladite cellule à laquelle appartient ledit au moins un terminal.
[0022] Dans des modes particuliers de mise en oeuvre :
- la grandeur relative à la mesure obtenue au cours d'une communication réalisée par ledit au moins un terminal en utilisant la ressource fréquentielle sélectionnée est l'une parmi : un rapport signal sur bruit, un rapport signal sur bruit plus interférence, un indicateur de niveau de puissance, un indicateur de qualité de signal, et
- la grandeur à partir de laquelle une frontière est définie est l'une parmi : un rapport signal sur bruit, un rapport signal sur bruit plus interférence, un indicateur de niveau de puissance, un indicateur de qualité de signal.
[0023] Dans des modes particuliers de mise en oeuvre, le réseau cellulaire est généré par :
- une plateforme à haute altitude, ou
- un site mobile terrestre, ou
- une infrastructure hybride comportant un site mobile non terrestre et un site mobile terrestre.
[0024] De manière plus générale, le réseau cellulaire peut être généré par au moins une station de base. [0025] Selon un deuxième aspect, l'invention concerne un programme d'ordinateur comportant des instructions pour la mise en oeuvre d'un procédé d'allocation selon l'invention lorsque ledit programme d'ordinateur est exécuté par un ordinateur.
[0026] 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.
[0027] Selon un troisième aspect, l'invention concerne un support d'informations ou d'enregistrement lisible par un ordinateur sur lequel est enregistré un programme d'ordinateur selon l'invention.
[0028] Le support d'informations ou d'enregistrement 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 un disque dur.
[0029] D'autre part, le support d'informations ou d'enregistrement peut être un support transmissible tel 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.
[0030] Alternativement, le support d'informations ou d'enregistrement 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.
[0031] Selon un quatrième aspect, l'invention concerne un dispositif pour l'allocation d'une ressource fréquentielle à au moins un terminal positionné dans une région d'une cellule appartenant à un réseau cellulaire, ladite cellule étant partitionnée en une pluralité de régions, un même ensemble E de ressources fréquentielles étant associé à chaque région de la cellule. En outre, ledit dispositif comporte :
- un module d'identification configuré pour identifier la cellule et la région associées audit au moins un terminal suite à l'émission par ledit au moins un terminal d'une requête d'allocation d'une ressource fréquentielle parmi ledit ensemble E,
- un module de vérification configuré pour vérifier la disponibilité d'au moins une ressource fréquentielle dans une table répertoriant ledit ensemble E, associée à la cellule et à la région identifiées, et comprenant des valeurs respectivement associées aux ressources répertoriées,
- un module d'exécution configuré pour exécuter, si au moins une ressource fréquentielle est disponible dans ladite table, un algorithme d'apprentissage par renforcement basé sur la ou les valeurs associées à ladite au moins un ressource fréquentielle disponible, ledit module d'exécution comportant :
• un sous-module de sélection configuré pour sélectionner une ressource fréquentielle parmi ladite au moins une ressource fréquentielle disponible,
• un sous-module d'obtention configuré pour obtenir une mesure d'une grandeur déterminée associée audit au moins un terminal, ladite mesure étant effectuée au cours d'une communication réalisée par ledit au moins un terminal en utilisant la ressource fréquentielle sélectionnée,
• un sous-module de comparaison configuré pour comparer la mesure obtenue avec un seuil donné, de sorte à obtenir un résultat de comparaison,
• un sous-module de mise à jour configuré pour mettre à jour par renforcement positif ou négatif la valeur associée à la ressource fréquentielle sélectionnée en fonction du résultat de comparaison obtenu,
- un module de rejet configuré pour rejeter la requête d'allocation dans le cas d'un renforcement négatif ou si aucune ressource fréquentielle n'est disponible.
[0032] Selon un cinquième aspect, l'invention concerne un système de communication sans fil comportant des moyens configurés pour générer un réseau cellulaire, au moins un terminal positionné dans une région d'une cellule appartenant audit réseau cellulaire ainsi qu'un dispositif pour l'allocation d'une ressource fréquentielle audit moins un terminal conforme à l'invention.
Brève description des dessins
[0033] D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. Sur les figures :
[Fig. 1] la figure 1 représente schématiquement, dans son environnement, un mode particulier de réalisation d'un système de communication sans fil selon l'invention ;
[Fig. 2] la figure 2 représente schématiquement un exemple de partitionnement d'une cellule d'un réseau cellulaire généré par une plateforme haute altitude appartenant au système de communication sans fil de la figure 1 ;
[Fig. 3] la figure 3 représente schématiquement un autre exemple de partitionnement d'une cellule d'un réseau cellulaire généré par une plateforme haute altitude appartenant au système de communication sans fil de la figure 1 ;
[Fig. 4] la figure 4 illustre de manière plus détaillée le principe du partitionnement de la figure 3 ;
[Fig. 5] la figure 5 représente schématiquement un exemple d'architecture matérielle d'un dispositif d'allocation appartenant au système de communication sans fil de la figure 1 ; [Fig. 6] la figure 6 représente, sous forme d'ordinogramme, un mode particulier de mise en oeuvre d'un procédé d'allocation selon l'invention tel qu'exécuté par le dispositif d'allocation de la figure 5.
Description des modes de réalisation
[0034] La figure 1 représente schématiquement, dans son environnement, un mode particulier de réalisation d'un système SYS de communication sans fil selon l'invention.
[0035] Le système SYS de communication sans fil comprend des moyens configurés pour générer (au sol) un réseau de communication sans fil cellulaire (dit encore autrement, l'accès au réseau sans fil cellulaire s'effectue via lesdits moyens). Pour la suite de la description, on considère de manière nullement limitative que ledit réseau cellulaire est un réseau mobile de type 5G, et que les communications supportées par ce réseau cellulaire sont réalisées suivant un ensemble donné E de ressources fréquentielles.
[0036] Par exemple, le système SYS peut être configuré pour utiliser une bande passante de 5 MHz, la porteuse étant elle fixée à 2 GHz et où l'ensemble E comporte 300 ressources fréquentielles chacune de 15 kHz (la bande passante de 5 MHz est partitionnée en 25 blocs de ressource de 180 kHz chacun, chaque bloc contenant 12 ressources fréquentielles de 15 kHz).
[0037] Il convient toutefois de préciser que l'invention reste applicable à d'autres types de réseaux mobiles (par exemple 2G, 3G, 4G), WiMAX, etc. D'une manière générale, aucune limitation n'est attachée au réseau de communication sans fil pouvant être considérés dans le cadre de la présente invention dès lors que ce dernier est un réseau cellulaire.
[0038] Il est à noter que d'une manière générale, dans la présente description, un « ensemble de ressources fréquentielles » peut comporter un ou plusieurs ressources fréquentielles.
[0039] On note par ailleurs que l'expression « ressource fréquentielle » peut encore admettre d'autres dénominations, comme par exemple « sous-canal » dans le cadre de réseaux cellulaires tels que définis par le consortium 3GPP et s'appuyant sur la technique de codage de données OFDMA.
[0040] Dans le présent mode de réalisation, lesdits moyens configurés pour générer le réseau cellulaire correspondent à une plateforme haute altitude HAP prenant la forme d'un aéronef de type dirigeable positionné dans la stratosphère à une altitude comprise entre 17 km et 22 km. Bien entendu, rien n'exclut d'envisager une plateforme haute altitude autre qu'un dirigeable, comme par exemple un avion, un drone, etc. Rien n'exclut non plus d'envisager que l'aéronef soit positionné à une altitude supérieure à 22 km.
[0041] De manière conventionnelle, ladite plateforme haute altitude HAP est équipée d'une antenne. Cette antenne est formée d'une pluralité d'antennes élémentaires organisées en réseau antennaire et configurées pour transmettre des données au moyen de faisceaux de transmission. Les cellules du réseau cellulaire sont ainsi générées au moyen desdits faisceaux de transmission et sont séparées les unes des autres conformément à un diagramme de rayonnement propre à l'antenne équipant la plateforme haute altitude HAP. La forme est la taille des cellules au sol sont donc déterminées par les caractéristiques de l'antenne, mais également par un angle d'élévation évalué par rapport à un plan horizontal dans lequel s'étend l'antenne (lorsque l'angle d'élévation diminue, les cellules deviennent plus grandes avec un chevauchement croissant entre elles). De manière idéale, chaque faisceau d'antenne fournit une illumination uniforme à une cellule du réseau cellulaire.
[0042] Il importe de noter que le fait de considérer une plateforme haute altitude HAP en tant que moyens configurés pour générer un réseau cellulaire ne constitue qu'une variante d'implémentation de l'invention. Aussi, rien n'exclut d'envisager des modes de réalisation dans lesquels d'autres moyens sont utilisés, comme par exemple :
- un site mobile terrestre, typiquement équipé d'une ou plusieurs stations de base, ou
- une infrastructure comportant au moins un site mobile terrestre et au moins un site mobile non terrestre (exemple : une plateforme de haute altitude HAP). Dans ce cas, il est fait référence à un mode dit de « déploiement hybride ».
[0043] De manière connue en soi, une cellule appartenant au réseau cellulaire peut classiquement être représentée de manière abstraite sous la forme d'un hexagone. De cette manière, le réseau cellulaire présente une structure dite en « nid d'abeille », chaque cellule possédant six cellules adjacentes.
[0044] Il est à noter que si la forme hexagonale constitue une représentation abstraite connue d'une cellule, ladite cellule peut encore être représentée sous une autre forme sensiblement similaire à celle d'un disque. Plus particulièrement, un tel disque est configuré de sorte que sa frontière forme un cercle circonscrit à l'hexagone concerné. Il importe néanmoins d'observer qu'une telle représentation circulaire d'une cellule reste théorique dans la mesure où elle relève avant tout d'hypothèses liées aux conditions de propagation des signaux radioélectriques (absence d'obstacles susceptibles d'induire des réflexions, diffractions, etc.).
[0045] De manière conventionnelle, la frontière circulaire d'une cellule est définie en fonction (correspond à une ligne de niveau) d'une grandeur caractéristique de l'atténuation d'un signal radioélectrique entre un premier point (lieu de mesure de ladite grandeur) de la cellule et un deuxième point sensiblement central au sein de la cellule. Dans le présent mode de réalisation, ce deuxième point correspond typiquement au nadir relatif à l'élément antennaire appartenant à la plateforme haute altitude HAP et responsable de la génération de la cellule (on note que dans le cas d'une mise en oeuvre via station(s) de base, ledit deuxième point correspond à l'emplacement de la station de base dans la cellule). [0046] Par exemple, ladite grandeur peut correspondre à un rapport signal sur bruit, encore dit « CNR » (acronyme de l'expression anglaise « Carrier to Noise Ratio ») ou bien « C/N ».
[0047] Selon un autre exemple, ladite grandeur peut correspondre à un rapport signal sur interférence plus bruit, encore dit « CINR » (acronyme de l'expression anglaise « Carrier to Interférence plus Noise Ratio »).
[0048] Rien n'exclut cependant d'envisager encore d'autres grandeurs, comme par exemple un indicateur de niveau de puissance de type « RSSI » (« Received Signal Strength Indicator » en anglais) ou de type « RSRP » (« Référencé Signal Received Power » en anglais), un indicateur de qualité de signal de type « RSRQ » (« Référencé Signal Received Quality » en anglais), etc.
[0049] D'une manière générale, les aspects liés à la génération d'un réseau cellulaire ainsi qu'à la forme des cellules de ce réseau sont bien connus de l'homme du métier, et ne sont par conséquent pas détaillés plus avant ici.
[0050] On note également que, au sens de la présente invention, aucune limitation n'est attachée à l'étendue de la couverture radio associée à une cellule du réseau cellulaire. En conséquence, une cellule du réseau cellulaire peut correspondre à une macro-cellule, ou à une micro-cellule, ou à une pico-cellule, etc.
[0051] Tel qu'illustré par la figure 1, le système SYS de communication sans fil comporte également un terminal utilisateur UE attaché à (et donc servi par) la plateforme haute altitude HAP et positionné dans une cellule CELL du réseau cellulaire. La cellule CELL est représentée dans la figure 1 en correspondance avec la forme théorique circulaire décrite ci-avant.
[0052] Plus spécifiquement, on considère ici à titre nullement limitatif le cas où un seul terminal utilisateur est pris en compte dans le système SYS de communication sans fil. Il importe toutefois de noter que le fait de ne considérer qu'un seul terminal utilisateur a pour seul but de simplifier la description de l'invention. L'invention n'en reste pas moins applicable pour une pluralité de terminaux utilisateurs présents dans une seule et même cellule, ou bien encore distribués (non nécessairement de manière uniforme) au sein d'une pluralité de cellules du réseau cellulaire.
[0053] Le terminal UE correspond par exemple à un téléphone cellulaire, par exemple de type smartphone, une tablette tactile, un assistant personnel numérique, un ordinateur personnel, etc. D'une manière générale, aucune limitation n'est attachée à la nature dudit terminal UE.
[0054] Le terminal UE est notamment configuré de manière connue en soi de sorte à pouvoir réaliser des traitements lui permettant d'émettre à destination de la plateforme haute altitude 11 (ou d'un autre dispositif, dit « dispositif d'allocation » D_A, appartenant au système SYS de communication et décrit ci-après) une requête d'allocation d'une ressource fréquentielle parmi l'ensemble E ainsi que d'échanger des données (et donc communiquer) avec, notamment, la plateforme haute altitude HAP et ledit dispositif d'allocation D_A, en mettant en oeuvre un procédé de communication.
[0055] A cet effet, le terminal UE comporte par exemple un ou plusieurs processeurs et des moyens de mémorisation (disque dur magnétique, mémoire électronique, disque optique, etc.) dans lesquels sont mémorisés des données et un programme d'ordinateur, sous la forme d'un ensemble d'instructions de code de programme à exécuter pour mettre en oeuvre ledit procédé de communication.
[0056] Alternativement ou en complément, le terminal UE comporte également un ou des circuits logiques programmables, de type FPGA, PLD, etc., et/ou circuits intégrés spécialisés (ASIC), et / ou un ensemble de composants électroniques discrets, etc. adaptés à mettre en oeuvre ledit procédé de communication.
[0057] En d'autres termes, le terminal UE comporte un ensemble de moyens configurés de façon logicielle (programme d'ordinateur spécifique) et/ou matérielle (FPGA, PLD, ASIC, etc.) pour mettre en oeuvre ledit procédé de communication.
[0058] Par ailleurs, ledit terminal UE peut occuper une position fixe ou bien encore être mobile, l'invention s'appliquant indifféremment à l'une ou l'autre de ces configurations. Pour la suite de la description, et afin de faciliter la présentation de modes de réalisation de l'invention, on considère de manière non limitative que ledit terminal UE occupe une position fixe dans la cellule CELL.
[0059] Tel qu'évoqué ci-avant, le système SYS de communication sans fil comporte également un dispositif d'allocation D_A, celui-ci étant configuré de manière matérielle et logicielle pour réaliser des traitements permettant d'allouer une ressource fréquentielle au terminal UE parmi l'ensemble E, en mettant en oeuvre un procédé d'allocation selon l'invention. Les aspects liés à l'architecture dudit dispositif d'allocation D_A ainsi qu'à la mise en oeuvre dudit procédé d'allocation sont décrits plus en détails ultérieurement.
[0060] Conformément à l'invention, chaque cellule du réseau cellulaire (et donc a fortiori la cellule CELL dans laquelle est positionné le terminal UE) est partitionnée en une pluralité de régions. Ledit terminal UE est donc plus particulièrement positionné dans une telle région RJJE de la cellule CELL. De manière classique, chaque cellule/région est associée à un identifiant permettant de la distinguer des autres cellules/régions.
[0061] Chaque région d'une cellule (et donc a fortiori la région RJJE de la cellule CELL dans laquelle est positionné le terminal UE) est en outre associée audit ensemble E de ressources fréquentielles. Dans le présent mode de réalisation, cette association entre une région d'une cellule et ledit ensemble E prend ici la forme d'une table (de données) dans laquelle sont répertoriés toutes les ressources fréquentielles dudit ensemble E. Dit encore autrement, on considère, qu'il y a, pour chaque cellule, autant de tables que de régions partitionnant ladite cellule. En pratique, une table est associée aux identifiants de la région et de la cellule à laquelle elle se rapporte, de sorte qu'il est possible de distinguer les tables du réseau cellulaire entre elles et d'y avoir accès de manière sélective.
[0062] Le fait que l'entièreté de l'ensemble E soit répertoriée dans la table associée à une région d'une cellule traduit notamment le fait que, au sens de l'invention et contrairement à ce qui est proposé dans l'état de la technique, il n'existe pas de contrainte fixe et définitive (i.e. de programme préétabli) interdisant l'accès à une portion du spectre fréquentiel pour ce qui concerne l'allocation d'une ressource fréquentielle au terminal UE. En d'autres termes, à chaque instant, toutes les ressources de l'ensemble E sont accessibles (mais non nécessairement disponibles car potentiellement déjà alloués en partie à d'autres terminaux) pour chacune des régions d'une cellule.
[0063] L'invention propose néanmoins, en complément de cet accès à l'ensemble du spectre, un processus d'apprentissage permettant, au cours du temps, de prioriser l'accès à certaines ressources fréquentielles dans chaque région de sorte à obtenir un très bon compromis entre efficacité spectrale et limitation des interférences entre cellules adjacentes du réseau cellulaire, tout en offrant une grande capacité d'adaptation à l'évolution du nombre d'utilisateurs dans les cellules. A cet effet, les ressources de l'ensemble E répertoriées dans une table d'une région sont respectivement associées à des valeurs (numériques) destinées à être mises à jour conformément audit processus d'apprentissage, comme cela est décrit ci-après plus en détails.
[0064] La figure 2 représente schématiquement un exemple de partitionnement de la cellule CELL à laquelle appartient le terminal UE.
[0065] Dans l'exemple de la figure 2, la cellule CELL à laquelle appartient ledit terminal UE est partitionnée en deux régions, à savoir région centrale CR_2 et une région périphérique ER_2 (la forme abstraite hexagonale de la cellule est représentée en pointillés à titre purement indicatif)- Lesdites régions CR_2 et ER_2 sont séparées par une frontière définie comme une étant une ligne de niveau d'un rapport signal sur bruit CNR.
[0066] On note qu'un tel partitionnement en deux régions concentriques est similaire à celui utilisé pour la mise en oeuvre de la technique FFR.
[0067] Il convient également d'observer qu'une grandeur autre qu'une grandeur CNR peut être envisagée pour définir la frontière du partitionnement entre les régions CR_2, ER_2. Ainsi, à titre d'exemple nullement limitatif, la grandeur en question peut être l'une parmi : CINR, RSSI, RSRP, RSRQ, etc.
[0068] La figure 3 représente schématiquement un autre exemple de partitionnement de la cellule
CELL à laquelle appartient le terminal UE. [0069] Dans l'exemple de la figure 3, la cellule CELL à laquelle appartient ledit terminal UE est partitionnée en sept régions comprenant une région centrale CR_7 en contact avec chacune des six autres régions ER1_7,..., ER6_7. La frontière FR_CR_7 de la région centrale CR_7 est une courbe fermée définie comme étant une réunion de six lignes de niveau et prenant une forme sensiblement étoilée (une étoile possédant six pics). Plus particulièrement, chacune desdites six lignes de niveau s'étend en regard d'une cellule adjacente à la cellule CELL, entre deux pics consécutifs de ladite forme étoilée, et correspond à une ligne de niveau d'un rapport signal sur interférence plus bruit CINR. Ainsi, chaque ligne de niveau représente la portion de la frontière FR_CR_7 au-delà de laquelle une mesure CINR est influencée de manière prépondérante soit par la cellule CELL, soit par la cellule adjacente située en regard de ladite portion, selon que ladite mesure est réalisée d'un côté ou de l'autre de ladite portion.
[0070] Dit encore autrement, chaque région ERi_7 (i étant un indice entier compris entre 1 et 6) est représentative d'une zone dans laquelle la valeur d'une mesure CINR est dominée par les signaux émis dans la cellule adjacente qui recouvre ladite région ERi_7.
[0071] En définitive, les éléments qui précèdent permettent de définir la frontière FR_CR_7 comme étant une courbe de Voronoi paramétrée par un rapport signal sur interférence plus bruit CINR et caractérisée par les valeurs prises par ledit rapport CINR relativement aux cellules adjacentes à ladite cellule CELL.
[0072] De manière similaire à ce qui a été décrit ci-avant dans le cas de l'exemple de la figure 2, une grandeur autre qu'une grandeur CINR peut être envisagée pour définir la frontière FR_CR_7. Ainsi, à titre d'exemple nullement limitatif, la grandeur en question peut être l'une parmi : CNR, RSSI, RSRP, RSRQ, etc.
[0073] La figure 4 illustre le principe de partitionnement de la figure 3 de manière plus détaillée visuellement en se limitant (pour des raisons de simplification) à une représentation comprenant ladite cellule CELL ainsi que deux cellules adjacentes CELL_ADJ_1, CELL_ADJ_2. Aussi, et comme illustré par la figure 4, la région ER1_7 (respectivement la région ER2_7) correspond à la zone d'intersection entre les frontières sensiblement circulaires respectives des cellules CELL et CELL_ADJ_1 (respectivement des cellules CELL et CELL_ADJ_2). Autrement dit, la portion de la frontière FR_CR_7 qui délimite la région ER1_7 (respectivement la région ER2_7) correspond à la portion de la frontière de la cellule adjacente CELL_ADJ_1 (respectivement de la cellule adjacente CELL_ADJ_2) incluse dans la cellule CELL.
[0074] La figure 5 représente schématiquement un exemple d'architecture matérielle du dispositif d'allocation D_A appartenant au système SYS de la figure 1.
[0075] Tel qu'illustré par la figure 5, le dispositif d'allocation D_A dispose de l'architecture matérielle d'un ordinateur. Ainsi, le dispositif d'allocation D_A comporte, notamment, un processeur 1, une mémoire vive 2, une mémoire morte 3 et une mémoire non volatile 4. Il comporte en outre un module de communication 5.
[0076] La mémoire morte 3 du dispositif d'allocation D_A constitue un support d'enregistrement conforme à l'invention, lisible par le processeur 1 et sur lequel est enregistré un programme d'ordinateur PROG conforme à l'invention, comportant des instructions pour l'exécution d'étapes du procédé d'allocation selon l'invention. Le programme PROG définit des modules fonctionnels du dispositif d'allocation D_A, qui s'appuient ou commandent les éléments matériels 1 à 5 du dispositif d'allocation D_A cités précédemment, et qui comprennent notamment :
- un module d'identification MOD_ID configuré pour identifier la cellule CELL et la région R_UE associées audit au terminal UE suite à l'émission par ledit terminal UE d'une requête d'allocation d'une ressource fréquentielle parmi ledit ensemble E,
- un module de vérification MOD_VERIF configuré pour vérifier la disponibilité d'au moins une ressource fréquentielle dans la table associée à la cellule CELL et à la région R_UE identifiées pour le terminal UE,
- un module d'exécution MOD_EXEC configuré pour exécuter, si au moins une ressource fréquentielle est disponible dans ladite table, un algorithme d'apprentissage par renforcement basé sur la ou les valeurs associées à ladite au moins une ressource fréquentielle disponible, ledit module d'exécution MOD_EXEC comportant :
• un sous-module de sélection SS_MOD_SELEC configuré pour sélectionner une ressource fréquentielle parmi ladite au moins une ressource fréquentielle disponible,
• un sous-module d'obtention SS_MOD_OBT configuré pour obtenir une mesure d'une grandeur déterminée associée audit terminal UE, ladite mesure étant effectuée au cours d'une communication réalisée par ledit terminal UE en utilisant la ressource fréquentielle sélectionnée,
• un sous-module module de comparaison SS_MOD_COMP configuré pour comparer la mesure obtenue avec un seuil donné, de sorte à obtenir un résultat de comparaison,
• un sous-module de mise à jour SS_MOD_UPDATE configuré pour mettre à jour par renforcement positif ou négatif la valeur associée à la ressource fréquentielle sélectionnée en fonction du résultat de comparaison obtenu,
- un module de rejet MOD_REJ configuré pour rejeter la requête d'allocation dans le cas d'un renforcement négatif ou si aucune ressource fréquentielle n'est disponible.
[0077] Le module de communication 5 permet notamment au dispositif d'allocation D_A de communiquer avec la plateforme haute altitude HAP ainsi qu'avec le terminal UE. En particulier, le module de communication 5 permet au dispositif d'allocation D_A de réceptionner (directement ou indirectement) une requête d'allocation émise par le terminal UE ainsi que de transmettre à ce dernier une information (comme par un exemple un identifiant) relative au ressource fréquentielle sélectionné par le sous-module de sélection SS_MOD_SELEC.
[0078] Il est à noter que, dans le cadre de la présente invention, l'expression « pour obtenir une mesure d'une grandeur déterminée associée audit terminal UE » relative au sous-module d'obtention SS_MOD_OBT peut revêtir différentes significations desquelles découlent différents exemples de réalisation dudit sous-module d'obtention SS_MOD_OBT.
[0079] Ainsi, selon un premier exemple, l'obtention en question fait référence à la mesure en tant que telle de ladite grandeur déterminée. Dans ce cas, on comprend que le sous-module d'obtention SS_MOD_OBT est configuré de manière idoine pour effectuer ladite mesure. Par exemple, le sous-module d'obtention SS_MOD_OBT peut comporter une chaîne d'acquisition comprenant au moins un capteur dédié à la mesure de ladite grandeur, une carte d'acquisition configurée pour conditionner (exemple : amplification et/ou filtrage) un signal électrique fourni par ledit capteur, etc. D'une manière générale, la configuration de tels moyens d'acquisition est bien connue de l'homme du métier, et n'est donc pas détaillée ici plus avant.
[0080] Alternativement, selon un deuxième exemple, l'obtention en question fait référence à la réception de la mesure de ladite grandeur déterminée, après que cette mesure ait été effectuée par le terminal UE lui-même. Dans ce cas, le sous-module d'obtention MOD_OBT est intégré au module de communication 5 du dispositif d'allocation D_A.
[0081] Dans le présent mode de réalisation, l'algorithme d'apprentissage par renforcement est de type Q-apprentissage par renforcement (« Q-learning » en anglais).
[0082] Il est à noter que le fait de considérer un tel algorithme de Q-apprentissage par renforcement ne constitue qu'une variante d'implémentation de l'invention. Ainsi, il est possible d'envisager pour l'implémentation de l'invention tout algorithme par renforcement connu de l'homme du métier.
[0083] Pour la suite de la description, on considère désormais à titre nullement limitatif que le sous-module d'obtention MOD_OBT est intégré au module de communication 5 conformément au deuxième exemple décrit ci-avant.
[0084] Dans le présent mode de réalisation, la grandeur considérée pour la mesure obtenue par le sous-module d'obtention SS_MOD_OBT ainsi que pour la comparaison effectuée par le sous- module de comparaison SS_MOD_COMP correspond au rapport signal sur interférence plus bruit CINR.
[0085] Le fait de considérer une grandeur de type CINR ne constitue cependant qu'un choix d'implémentation de l'invention. Aussi, rien n'exclut d'envisager d'autres grandeurs, comme celles déjà évoquées auparavant (CNR, RSSI, RSRP, RSRQ, etc). [0086] Par ailleurs, le seuil utilisé pour comparer la mesure quantifie la qualité du signal perçue par le terminal UE sur la base des ressources allouées par le dispositif d'allocation D_A. Ce seuil est généralement exprimé dans la même unité que la grandeur considérée pour la mesure, par exemple en dB / dBm dans le cas du CINR. En tout état de cause, l'homme du métier sait fixer un tel seuil pour qualifier la qualité du signal perçue par le terminal UE. De plus, rien n'exclut d'envisager d'avoir un même seuil pour toutes les régions d'une cellule, ou bien qu'au moins deux régions d'une cellule soient associées à des seuils distincts.
[0087] Comme mentionné ci-avant, chaque cellule du réseau cellulaire est partitionnée en une pluralité de régions. Dans le mode de réalisation décrit ici, on considère de manière nullement limitative que le partitionnement des cellules du réseau cellulaire, et donc a fortiori de la cellule CELL dans laquelle se situe le terminal UE, est effectué par une entité autre que le dispositif d'allocation D_A (par exemple par la plateforme haute altitude HAP). On considère en outre que le dispositif d'allocation D_A a connaissance du partitionnement avant la mise en oeuvre du procédé d'allocation (il peut s'agir par exemple d'une cartographie numérique stockée par le dispositif d'allocation D_A dans sa mémoire non volatile 4), cette connaissance résultant d'une communication entre ladite autre entité et le dispositif d'allocation D_A (échanges de données mis en oeuvre, notamment, par les moyens de communication 5).
[0088] Cela étant, d'autres modes de réalisation sont bien entendu envisageables. Par exemple, on peut envisager un mode dans lequel la transmission du partitionnement entre ladite autre entité et le dispositif d'allocation D_A fait l'objet d'une étape du procédé d'allocation.
[0089] Il est également possible d'envisager un mode dans lequel ledit partitionnement est effectué par le dispositif d'allocation D_A lui-même. Dans ce cas, le dispositif d'allocation D_A comporte par exemple un module de partitionnement MOD_PART configuré pour réaliser ledit partitionnement. Là encore, la réalisation dudit partitionnement peut par exemple faire l'objet d'une étape du procédé d'allocation (auquel cas le module de partitionnement est un module fonctionnel défini par le programme PROG), ou bien encore faire l'objet d'un procédé de partitionnement mise en oeuvre préalablement au procédé d'allocation.
[0090] Pour la suite de la description, on considère également de manière nullement limitative que le dispositif d'allocation D_A stocke (par exemple dans sa mémoire non volatile 4) les tables et les identifiants respectivement associées aux cellules et régions du réseau cellulaire. Bien entendu, il est également possible d'envisager que les tables et les identifiants sont stockées ailleurs, par exemple dans une ou plusieurs bases de données externes au dispositif d'allocation D_A et auxquelles ce dernier peut avoir accès via les moyens de communication 5.
[0091] Il est à noter que les valeurs contenues dans les tables, avant même l'exécution du procédé d'allocation telle que décrite ci-après, peuvent par exemple résulter d'une exécution antérieure dudit procédé d'allocation. Alternativement, ces valeurs peuvent par exemple résulter d'une initialisation consistant en un tirage de valeurs aléatoires, une attribution de valeurs nulles, etc. D'une manière générale, la manière dont sont définies les valeurs contenues dans les tables avant l'exécution du procédé d'allocation n'est pas un facteur limitant de l'invention.
[0092] Enfin, on considère également désormais que l'ensemble E comporte N ressources fréquentielles, N étant un nombre entier strictement plus grand que 1, et que les ressources de l'ensemble E sont notés CANJ (i étant un indice entier compris entre 1 et N).
[0093] La figure 6 représente, sous forme d'ordinogramme, un mode particulier de mise en oeuvre du procédé d'allocation selon l'invention tel qu'exécuté par le dispositif d'allocation D_A de la figure 5.
[0094] Dans ce mode de mise en oeuvre, les valeurs contenues dans une table associée à une région d'une cellule (et donc a fortiori de la cellule CELL) sont indépendantes des valeurs contenues dans une autre table associée à une autre région de ladite cellule. Autrement dit, la mise à jour des valeurs d'une table se fait indépendamment des valeurs d'une autre table. La manière dont est réalisée la mise à jour d'une valeur est décrite ci-après.
[0095] D'une manière générale, ledit mode de mise en oeuvre du procédé d'allocation peut être exécuté pour n'importe quel terminal positionné dans une cellule du réseau cellulaire, et également indépendamment de la cellule en question. Il est néanmoins décrit ici pour le seul terminal UE de la cellule CELL conformément aux hypothèses non limitatives faites ci-avant concernant le système SYS de communication sans fil. On comprend néanmoins que les étapes décrites ci-après peuvent être itérées (de manière séquentielle et/ou en parallèle) pour une pluralité de terminaux.
[0096] En pratique, l'exécution dudit mode de mise en oeuvre s'effectue suite à l'émission par ledit terminal UE d'une requête REQ d'allocation d'une ressource fréquentielle parmi ledit ensemble E. L'émission de cette requête REQ est liée au fait que le terminal UE souhaite établir une communication (par exemple avec un autre terminal du réseau cellulaire). On note que cette requête REQ ne porte pas sur une ressource spécifique donnée mais vise l'une quelconque des ressources de l'ensemble E.
[0097] On suppose ici que l'émission de cette requête REQ est effectuée à destination de la plateforme haute altitude HAP, et que, sur réception de cette requête REQ, la plateforme haute altitude HAP en informe le dispositif d'allocation D_A en lui relayant la requête REQ.
[0098] Dès lors, et tel qu'illustré par la figure 6, le procédé de défense comporte une étape E10 d'identification de la cellule CELL et de la région R_UE associées audit terminal UE. Ladite étape E10 est mise en oeuvre par le module d'identification MOD_ID du dispositif d'allocation D_A. [0099] Dans ledit mode de mise en œuvre, ladite étape E10 d'identification comporte dans un premier temps une réception de la requête REQ transmise (relayée) par le plateforme haute altitude HAP, puis une recherche des identifiants respectivement associés à la cellule CELL et à la région RJJE dans des moyens de mémorisation du dispositif d'allocation D_A (pour rappel, il est supposé ici que lesdits identifiants sont stockés par le dispositif d'allocation D_A).
[0100] Bien entendu, la mise en œuvre de l'étape E10 d'identification peut être différente de celle décrite ci-avant s'il est supposé que les identifiants de la cellule CELL ainsi que de la région UE sont stockés par la plateforme haute altitude HAP (et non pas par le dispositif d'allocation D_A) et/ou s'il est supposé que la requête REQ n'est pas relayée au dispositif d'allocation D_A.
[0101] Par exemple, si la requête REQ est relayée au dispositif d'allocation D_A et que seule la plateforme haute altitude HAP stocke les identifiants en question, on peut envisager que, sur réception de la requête REQ, le dispositif d'allocation D_A transmet à ladite plateforme haute altitude HAP une requête d'obtention des identifiants de la cellule CELL ainsi que de la région UE.
[0102] Selon un autre exemple, si la requête REQ n'est pas relayée au dispositif d'allocation D_A et que seule la plateforme haute altitude HAP stocke les identifiants en question, on peut envisager que la plateforme haute altitude HAP transmette d'elle-même au dispositif d'allocation D_A les identifiants de la cellule CELL ainsi que de la région UE.
[0103] D'une manière générale, aucune limitation n'est attachée à la manière dont le dispositif d'allocation D_A prend connaissance des identifiants de la cellule CELL ainsi que de la région UE.
[0104] Le procédé d'allocation comporte également une étape E20 de vérification de la disponibilité d'au moins une ressource fréquentielle CANJ dans la table TAB associée à la cellule CELL et à la région RJJE. Ladite étape E20 est mise en œuvre par le module de vérification MOD_VERIF du dispositif d'allocation D_A.
[0105] Ladite étape E20 consiste à parcourir la table TAB et à déterminer si une ou plusieurs ressources fréquentielles CANJ sont disponibles, c'est-à-dire non encore allouées à un ou plusieurs autres terminaux (le dispositif d'allocation D_A conservant ici en mémoire une information permettant d'identifier les ressources déjà allouées).
[0106] Si aucun ressource fréquentielle n'est disponible dans la table TAB lors de la mise en œuvre de l'étape E20 de vérification, la requête d'allocation REQ est rejetée (étape E30 mise en œuvre par le module de rejet MOD_REJ du dispositif d'allocation D_A). On note qu'un tel rejet de la requête d'allocation REQ peut être assimilé à un blocage de l'utilisateur du terminal UE. [0107] On adopte désormais la notation selon laquelle la valeur associée à un ressource fréquentielle CANJ dans la table TAB est notée VAL[CAN_i].
[0108] Par contre, si au moins un ressource fréquentielle CANJ est disponible dans la table TAB, le procédé d'allocation comporte une étape E40 d'exécution d'un algorithme de Q- apprentissage par renforcement basé sur la ou les valeurs VAL[CANJ] associées audit au moins un ressource fréquentielle CANJ disponible. Ladite étape E40 est mise en oeuvre par le module d'exécution MOD_EXEC du dispositif d'allocation D_A.
[0109] La mise en oeuvre générale d'un algorithme de Q-apprentissage par renforcement (« Q- learning » en anglais, et indiqué sous la référence « Q-ALGO » dans la figure 6) est connue dans le domaine de l'apprentissage automatique. Elle est néanmoins ici adaptée au contexte de l'allocation d'une ressource fréquentielle au terminal UE positionné dans la région R_UE de la cellule CELL.
[0110] On suppose maintenant que K ressources fréquentielles parmi les ressources CAN_1,..., CAN_N sont disponibles (K est un nombre entier compris entre 1 et N), et on note CAN_DISP_1,..., CAN_DISP_K lesdits K ressources disponibles.
[0111] Aussi, ladite étape E40 comporte dans un premier temps une sous-étape E40_l de sélection d'une ressource fréquentielle parmi lesdites ressources CAN_DISP_1,..., CAN_DISP_K. Ladite sous-étape E40_l de sélection est mise en oeuvre par le sous-module SS_MOD_SELEC du dispositif d'allocation D_A.
[0112] La mise en oeuvre de ladite sous-étape E40_l de sélection s'effectue conformément aux principes généraux du Q-apprentissage par renforcement. Plus particulièrement, ladite sous- étape E40_l comporte un premier test (référence E40_l_l dans la figure 6) pour déterminer si les valeurs VAL[CAN_DISP_1],..., VAL[CAN_DISP_K] respectivement associées aux ressources CAN_DISP_1,..., CAN_DISP_K dans la table TAB sont égales entre elles ou non.
[0113] Si la réponse au premier test est positive, alors la sélection réalisée par l'étape E40_l consiste en une sélection aléatoire d'une ressource parmi les ressources CAN_DISP_1,..., CAN_DISP_K (référence E40_l_2 dans la figure 6).
[0114] Si par contre la réponse au premier test est négative, ladite sous-étape E40_l comporte un deuxième test (référence E40_l_3 dans la figure 6) pour déterminer s'il existe, parmi les ressources CAN_DISP_1,..., CAN_DISP_K, plusieurs ressources dont les valeurs respectives dans la table TAB sont maximales.
[0115] Si la réponse au deuxième test est positive, alors la sélection réalisée par l'étape E40_l consiste en une sélection aléatoire d'une ressource parmi les ressources dont les valeurs respectives dans la table TAB sont maximales (référence E40_l_4 dans la figure 6). [0116] Si la réponse au deuxième test est négative, ladite sous-étape E40_l comporte une sélection (référence E40_l_5 dans la figure 6) d'une ressource parmi les ressources CAN_DISP_1,..., CAN_DISP_K avec une probabilité e. Le fait de réaliser une telle sélection probabiliste correspond à une approche conventionnelle dans le cadre de la mise en oeuvre d'un Q-apprentissage par renforcement, encore appelée approche d'exploitation-exploration ou bien approche e-gloutonne (« e-greedy » en anglais).
[0117] En définitive, à l'issue de la sous-étape E40_l, une ressource fréquentielle a été sélectionnée parmi les ressources CAN_DISP_1,..., CAN_DISP_K. Cette ressource sélectionnée est notée CAN_SELEC et est communiquée au terminal UE par le dispositif d'allocation D_A (sous-étape E40_2 dans la figure 6). La communication de la ressource CAN_SELEC au terminal UE s'effectue au moyen d'un message comportant une information représentative de ladite ressource CAN_SELEC, comme par exemple un identifiant de ce dernier, et à partir de laquelle le terminal UE est en mesure de déterminer que la ressource qui lui a été allouée est ladite ressource CAN_SELEC.
[0118] Dès lors, l'étape E40 comporte une sous-étape E40_3 d'obtention (i.e. réception dans le présent mode de mise en oeuvre) d'une mesure MES_CINR d'un rapport signal sur interférence plus bruit CINR associé au terminal UE, ladite mesure MES_CINR étant effectuée au cours d'une communication réalisée par ledit terminal UE en utilisant la ressource CAN_SELEC. Ladite sous-étape E40_3 est mise en oeuvre par le sous-module SS_MOD_OBT du dispositif d'allocation D_A.
[0119] On note que la mesure MES_CINR est réalisée par le terminal UE lui-même, puis transmise à la plateforme haute altitude HAP qui la relaie au dispositif d'allocation D_A. Rien n'exclut cependant d'envisager une mise en oeuvre alternative dans laquelle la mesure MES_CINR est directement transmise au dispositif d'allocation D_A.
[0120] Cette mesure MES_CINR est comparée à un seuil donné S_CINR lors d'une sous-étape E40_4 de comparaison mise en oeuvre par le sous-module SS_MOD_COMP du dispositif d'allocation D_A. De cette manière, on obtient un résultat de comparaison.
[0121] L'étape E40 comporte dès lors une sous-étape E40_5 de mise à jour par renforcement positif ou négatif de la valeur VAL[CAN_SELEC] associée au ressource fréquentielle sélectionné CAN_SELEC en fonction dudit résultat de comparaison. Ladite sous-étape E40_5 est mise en oeuvre par le sous-module SS_MOD_UPDATE du dispositif d'allocation D_A.
[0122] Le renforcement positif (respectivement négatif) correspond ici à une augmentation
(respectivement une diminution), dans la table TAB, de la valeur numérique VAL[CAN_SELEC] associée au ressource fréquentielle CAN_SELEC. Aucune limitation n'est attachée à l'amplitude de cette augmentation (respectivement diminution). [0123] En pratique, étant donné que la grandeur considérée ici pour la mesure MES_CINR est un rapport CINR, le renforcement positif (références « UPD VAL[CAN_SELEC] + » et E40_5_l dans la figure 6) a lieu si la mesure MES_CINR est supérieure au seuil S_CINR. Inversement, le renforcement négatif (références « UPD VAL[CAN_SELEC] - » et E40_5_2 dans la figure 6) a lieu si la mesure MES_CINR est inférieure au seuil S_CINR.
[0124] On note que dans le cas d'un renforcement négatif, de manière similaire à ce qui a été décrit pour l'étape E30, la requête d'allocation REQ est rejetée ( étape E50 mise en oeuvre par le module de rejet MOD_REJ du dispositif d'allocation D_A).

Claims

Revendications
[Revendication 1] Procédé d'allocation d'une ressource fréquentielle à au moins un terminal (UE) positionné dans une région (R_UE) d'une cellule (CELL) appartenant à un réseau cellulaire, ladite cellule étant partitionnée en une pluralité de régions, un même ensemble E de ressources fréquentielles étant associé à chaque région de la cellule, ledit procédé comportant, suite à l'émission par ledit au moins un terminal d'une requête (REQ) d'allocation d'une ressource fréquentielle parmi ledit ensemble E, des étapes de :
- identification (E10) de la cellule et de la région associées audit au moins un terminal,
- vérification (E20) de la disponibilité d'au moins une ressource fréquentielle (CANJ) dans une table (TAB) répertoriant ledit ensemble E, associée à la cellule et à la région identifiées, et comprenant des valeurs respectivement associées aux ressources répertoriées,
- si au moins une ressource fréquentielle est disponible dans ladite table, exécution (E40) d'un algorithme d'apprentissage par renforcement basé sur la ou les valeurs (VAL[CAN_DISP_i]) associées audit au moins une ressource fréquentielle disponible, ladite exécution comportant :
• une sélection (E40_l) d'une ressource fréquentielle (CAN_SELEC) parmi ladite au moins une ressource fréquentielle disponible,
• une obtention (E40_3) d'une mesure (MES_CINR) d'une grandeur déterminée associée audit au moins un terminal, ladite mesure étant effectuée au cours d'une communication réalisée par ledit au moins un terminal en utilisant la ressource fréquentielle sélectionnée,
• une mise à jour (E40_5) par renforcement positif ou négatif de la valeur associée à la ressource fréquentielle sélectionnée en fonction d'un résultat de comparaison (E40_4) entre la mesure obtenue et un seuil donné (S_CINR), la requête d'allocation étant rejetée (E30, E50) dans le cas d'un renforcement négatif ou si aucune ressource fréquentielle n'est disponible.
[Revendication 2] Procédé selon la revendication 1, dans lequel la cellule (CELL) à laquelle appartient ledit au moins un terminal (UE) est partitionnée en deux régions (CR_2, ER_2) séparées par une frontière définie comme étant une ligne de niveau d'une grandeur déterminée.
[Revendication 3] Procédé selon la revendication 1, dans lequel chaque cellule du réseau cellulaire comporte six cellules adjacentes, la cellule (CELL) à laquelle appartient ledit au moins un terminal (UE) étant partitionnée en sept régions comprenant une région centrale (CR_7) en contact avec chacune des six autres régions (ER1_7, ER2_7, ER3_7, ER4_7, ER5_7, ER6_7), la frontière (FR_CR_7) de ladite région centrale étant définie comme étant une courbe de Voronoi paramétrée par une grandeur déterminée et caractérisée par les valeurs prises par ladite grandeur relativement aux cellules adjacentes à ladite cellule à laquelle appartient ledit au moins un terminal.
[Revendication 4] Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel :
- la grandeur relative à la mesure obtenue au cours d'une communication réalisée par ledit au moins un terminal (UE) en utilisant la ressource fréquentielle sélectionnée est l'une parmi : un rapport signal sur bruit, un rapport signal sur bruit plus interférence, un indicateur de niveau de puissance, un indicateur de qualité de signal, et
- lorsque le procédé est conforme à la revendication 2 ou 3, la grandeur à partir de laquelle une frontière est définie est l'une parmi : un rapport signal sur bruit, un rapport signal sur bruit plus interférence, un indicateur de niveau de puissance, un indicateur de qualité de signal.
[Revendication 5] Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le réseau cellulaire est généré par :
- une plateforme à haute altitude (HAP), ou
- un site mobile terrestre, ou
- une infrastructure hybride comportant un site mobile non terrestre et un site mobile terrestre.
[Revendication 6] Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel l'algorithme d'apprentissage par renforcement est un algorithme de Q-apprentissage par renforcement.
[Revendication 7] Programme d'ordinateur comportant des instructions pour la mise en oeuvre d'un procédé d'allocation selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 lorsque ledit programme est exécuté par un ordinateur.
[Revendication 8] Support d'enregistrement lisible par un ordinateur sur lequel est enregistré un programme d'ordinateur selon la revendication 7.
[Revendication 9] Dispositif (D_A) pour l'allocation d'une ressource fréquentielle à au moins un terminal (UE) positionné dans une région (R_UE) d'une cellule (CELL) appartenant à un réseau cellulaire, ladite cellule étant partitionnée en une pluralité de régions, un même ensemble E de ressources fréquentielles étant associé à chaque région de la cellule, ledit dispositif comportant :
- un module d'identification (MOD_ID) configuré pour identifier la cellule et la région associées audit au moins un terminal suite à l'émission par ledit au moins un terminal d'une requête (REQ) d'allocation d'une ressource fréquentielle parmi ledit ensemble E
- un module de vérification (MOD_VERIF) configuré pour vérifier la disponibilité d'au moins une ressource fréquentielle (CANJ) dans une table (TAB) répertoriant ledit ensemble E, associée à la cellule et à la région identifiées, et comprenant des valeurs respectivement associées aux ressources répertoriées,
- un module d'exécution (MOD_EXEC) configuré pour exécuter, si au moins une ressource fréquentielle est disponible dans ladite table, un algorithme d'apprentissage par renforcement basé sur la ou les valeurs (VAL[CAN_DISP_i]) associées à ladite au moins une ressource fréquentielle disponible, ledit module d'exécution comportant :
• un sous-module de sélection (SS_MOD_SELEC) configuré pour sélectionner une ressource fréquentielle (CAN_SELEC) parmi ladite au moins une ressource fréquentielle disponible,
• un sous-module d'obtention (SS_MOD_OBT) configuré pour obtenir une mesure (MES_CINR) d'une grandeur déterminée associée audit au moins un terminal, ladite mesure étant effectuée au cours d'une communication réalisée par ledit au moins un terminal en utilisant la ressource fréquentielle sélectionnée,
• un sous-module de comparaison (SS_MOD_COMP) configuré pour comparer la mesure obtenue avec un seuil donné (S_CINR), de sorte à obtenir un résultat de comparaison,
• un sous-module de mise à jour (SS_MOD_UPDATE) configuré pour mettre à jour par renforcement positif ou négatif la valeur associée à la ressource fréquentielle sélectionnée en fonction du résultat de comparaison obtenu,
- un module de rejet (MOD_REJ) configuré pour rejeter la requête d'allocation dans le cas d'un renforcement négatif ou si aucune ressource fréquentielle n'est disponible.
[Revendication 10] Système de communication sans fil (SYS) comportant des moyens configurés pour générer un réseau cellulaire, au moins un terminal (UE) positionné dans une région (R_UE) d'une cellule (CELL) appartenant audit réseau cellulaire ainsi qu'un dispositif (D_A) pour l'allocation d'une ressource fréquentielle audit moins un terminal conforme à la revendication 9.
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