BRPI0318371B1 - método para configurar uma rede de comunicação e arquitetura de rede para uma rede de comunicação - Google Patents
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Abstract
"método para configurar uma rede de comunicação, arquitetura de rede para uma rede de comunicação e produto de programa de computador". uma rede de comunicação incluindo uma pluralidade (n) de antenas (14), é configurada por - incluir entre as antenas (14) pelo menos uma (n) antena reconfigurável adaptada para servir tráfego de comunicação em uma respectiva área de configuração, a antena reconfigurável tendo um diagrama de radiação exibindo uma pluralidade de valores de ganho seletivamente ajustáveis para um conjunto de direções, cada direção no conjunto definindo um trajeto de propagação entre a antena (14) e uma parte da área de cobertura, determinando para cada direção no conjunto, pelo menos um valor de tráfego de comunicação e pelo menos um valor de atenuação através do trajeto de propagação, e seletivamente e de maneira independente alocar a cada direção no conjunto um respectivo valor de ganho em função de pelo menos um do valor de tráfego de comunicação e o valor de atenuação determinado para aquela direção. o conjunto é adaptado para uso em redes de comunicação tais como redes de comunicação movel de segunda e terceira geração empregando antenas eletricamente controláveis (14).
Description
“MÉTODO PARA CONFIGURAR UMA REDE DE COMUNICAÇÃO E ARQUITETURA DE REDE PARA UMA REDE DE COMUNICAÇÃO” Campo da Invenção [0001] A presente invenção diz respeito a redes de comunicação e foi desenvolvida dedicando atenção específica à possível aplicação em configurar redes celulares e redes de comunicação semelhantes, inclusive as antenas com respectivas áreas de cobertura (em transmissão e/ou recepção).
Descrição da Técnica Correlata [0002] Pesquisa nas áreas de telecomunicações e de desenvolvimento tecnológico correlato ao longo dos últimos anos levou a uma possibilidade de projetar e de manufaturar sistemas de radiação (isto é, antenas) adaptados para modificar suas características de propagação.
[0003] Especificamente, além das antenas convencionais - as quais são essencialmente componentes “passivos” - antenas eletricamente controláveis estão atualmente disponíveis para sistemas de comunicação, em especial para o uso como estações base (BTS, SRB e semelhantes), em sistemas móveis de telecomunicações.
[0004] A disponibilidade das antenas “reconfiguráveis” (tipicamente, na forma de denominados sistemas de antena em fase) tem sido explorada até agora, principalmente, de modo a adaptar suas características aos requisitos de planejamento de rede enquanto descartando, ao máximo possível, necessidade de intervenções diretas no sítio da antena quando as características da antena necessitam ser modificadas.
[0005] Por exemplo, os operários de instalação usualmente escalam a torre da antena ou o local de montagem (tal como a parte alta de um edifício) para inicialmente ajustar características de cada antena (por exemplo, o ângulo de inclinação) de acordo com os referidos valores determinados no estágio de planejamento. Se, por qualquer razão (por exemplo, devido à necessidade de reconfigurar a rede), as características de uma antena tradicional necessitam
Petição 870170043954, de 26/06/2017, pág. 15/44 / 20 ser alteradas após a instalação, um operário tem de ter acesso à antena mais uma vez - por exemplo, mais uma vez escalando a torre onde dita antena está montada - reajustar o ângulo de inclinação ou mesmo substituir a antena.
[0006] As antenas reconfiguráveis eletricamente controladas dispensam tal necessidade graças à possibilidade de remotamente ajustar, por exemplo, a inclinação da antena.
[0007] No documento US-A-6 487 416, um método e um sistema são expostos para controlar o ângulo de inclinação de uma antena em um setor de uma célula de uma rede de múltiplo acesso por divisão de código (CDMA) utilizando a aplicação dinâmica de ângulo de inclinação de antena com base na capacidade de setor relativa estimada. Especificamente, neste sistema da técnica anterior, as condições de rede atuais são monitoradas, a capacidade de setor relativa é estimada, e um ângulo de inclinação de antena é selecionado. O ângulo de inclinação de antena selecionado é dinamicamente aplicado à antena, de preferência para efetivamente maximizar a capacidade de setor relativa.
[0008] Um sistema substancialmente similar é exposto no documento US-A-6 549 529, que descreve um sistema de comunicação sem fio incluindo antenas dotadas de ângulos de inclinação eletricamente controláveis e controladores de ângulo de inclinação associados com cada antena. Os controladores de ângulo de inclinação recebem instrução de uma controladora principal, e ajustam os ângulos de inclinação das antenas associadas de acordo com as instruções recebidas.
[0009] Num e noutro caso, a lógica de controle é implementada como um conjunto de métodos, monitorando a rede e mantendo o acompanhamento de parâmetros relevantes medindo a carga sobre uma estação base ou área de cobertura para determinar se a estação base e/ou a área de cobertura está sobrecarregada.
Objetivo e Sumário da Invenção
Petição 870170043954, de 26/06/2017, pág. 16/44 / 20 [00010] Muito embora dirigidos no sentido de proporcionar uma rede em que as características das várias antenas podem ser dinamicamente adaptadas a diferentes condições operacionais, os ditos sistemas da técnica anterior ainda se ressentem de um número de deficiências intrínsecas.
[00011] Primeiro, a inclinação da antena (por exemplo, inclinação para baixo) é apenas uma das características de propagação significativas de uma antena. Na realidade, ainda que a alteração do ângulo de inclinação da antena possa permitir variar até certo ponto a respectiva área de cobertura (modificando essencialmente a direção apontada pela antena), aquele tipo de ajuste não leva a quaisquer alterações das características de azimute, isto é, o “perfil” efetivo do diagrama de radiação no plano horizontal.
[00012] Ademais, os sistemas de adaptação dinâmicos considerados no precedentemente exposto baseiam sua operação sobre o conceito de monitorar determinados parâmetros operacionais (por exemplo, o tráfego servido, o nível de interferência entre as várias células e assim por diante) para diferentes ângulos de inclinação de tal maneira a subsequentemente selecionar um valor de inclinação ideal que conduza a um melhor nível de desempenho [00013] Um método de otimização dessa natureza tem de ser repetido para cada antena, com a possibilidade de que o ângulo de inclinação ideal estabelecido para uma antena dada em um momento dado possa deixar de ser ideal após os ângulos de inclinação de uma ou mais antenas vizinhas terem sido otimizados por sua vez.
[00014] Em consequência, o método de adaptação/reconfiguração pode mostrar-se lento e em alguns casos até levar a uma situação onde o sistema é finalmente adaptado para satisfazer requisitos que não mais existem uma vez que os requisitos sofreram significativa alteração nesse ínterim.
[00015] Para melhor entender isto, pode-se simplesmente se reportar àquelas alterações nos requisitos operacionais de uma rede de comunicação que podem se apresentar por apenas períodos de tempo relativamente curtos a
Petição 870170043954, de 26/06/2017, pág. 17/44 / 20 distâncias notáveis com o passar do tempo. Um exemplo típico é dado por locais (tais como estádios ou outros locais de eventos desportivos e semelhantes) onde grande número de pessoas - isto é, altos requisitos de tráfego/oportunidades - pode ser reunir somente por períodos de tempo muito curtos, por exemplo, uma vez por semana, tais locais dificilmente sendo fontes de qualquer tráfego apreciável através do restante da semana.
[00016] Exemplos similares são representados por estradas ou rodovias, locais prováveis de exibir por curtos períodos tempo (por exemplo, em noites de Domingo) níveis de ocupação - e, por conseguinte, níveis de tráfego de telecomunicação a serem servidos - substancialmente em excesso do nível médio através do restante da semana.
[00017] De forma bastante evidente, sistemas baseados na monitoração de tráfego através de uma ampla gama de possíveis combinações das características das várias antenas na rede estão expostos ao risco de que a configuração ideal para efetivamente cobrir, por exemplo, um estádio durante uma partida somente é atingida quando a partida termina e o estádio está finalmente vazio.
[00018] Mais genericamente, sistemas baseados sobre a monitoração de condições de tráfego não são intrinsecamente apropriados para uso no configurar redes de comunicação no estágio de planejamento, isto é, quando a rede ainda está desocupada.
[00019] Uma necessidade, por conseguinte, existe por sistemas em que antenas reconfiguráveis auto adaptáveis possam desempenhar um papel ativo ao se assegurar a cobertura do usuário pela interação com os dados de tráfego (planejados, previstos ou monitorados) especulativamente numa base de tempo real.
[00020] Tal necessidade é particularmente sentida no contexto de sistemas de telecomunicação móveis tanto do tipo da segunda como da terceira geração (3G).
Petição 870170043954, de 26/06/2017, pág. 18/44 / 20 [00021] Em sistema da segunda geração, como o GSM, a possibilidade de controlar e limitar o nível de interferência é um parâmetro chave de forma a poder cobrir o mais alto número de usuários possível, enquanto assegurando uma qualidade de serviço satisfatória, sem modificar o número disponível de canais.
[00022] Este é ainda mais o caso para sistemas da terceira geração (tal como UMTS) onde a mesma banda de frequência é compartilhada por vários usuários.
[00023] Em qualquer caso, a disponibilidade de sistemas dinâmicos adaptados para serem reconfigurados rapidamente e de maneira confiável em virtude de requisitos de tráfego variáveis é particularmente apreciada no configurar redes de comunicação no estágio de planejamento, isto é, quando a rede está ainda desocupada.
[00024] O objetivo da presente invenção é assim satisfazer estas necessidades enquanto superando as deficiências dos sistemas da técnica anteriormente existente conforme precedentemente delineados.
[00025] De acordo com a presente invenção, o objetivo é realizado por meio de um método dotado de características definidas nas reivindicações que se seguem.
[00026] A presente invenção também se refere a uma correspondente arquitetura de rede e um produto de programa de computador carregável na memória de pelo menos um computador e incluindo partes de código de software para realizar o método da invenção. Referência pelo menos a um computador é evidentemente para levar em conta que o método da invenção é adaptado para ser realizado de uma maneira descentralizada, com diferentes tarefas distribuídas para diferentes computadores em uma rede.
[00027] Em suma, a ideia básica em que se fundamenta a modalidade atualmente preferida da invenção é explorar para a finalidade de configurar uma rede de comunicação a possibilidade de ajustar o diagrama de radiação
Petição 870170043954, de 26/06/2017, pág. 19/44 / 20 de uma antena (isto é, uma pluralidade de valores de ganho para um conjunto de direções através de uma pluralidade de direções da antena) em função, isto é, do tráfego oferecido em uma parte dada da área de cobertura e da atenuação experimentada pelo sinal através do trajeto de propagação entre a antena e aquela parte da área de cobertura.
[00028] Essencialmente, a invenção supera todas as limitações delineadas no precedentemente exposto com respeito às soluções conhecidas que utilizam antenas reconfiguráveis dentro do contexto de uma rede de comunicação.
[00029] Em primeiro lugar, critérios de adaptação são providos que podem ser implementados tanto na operação efetiva de uma rede móvel como seu estágio de planejamento, sem exigir a título de necessidade o efetivo desenvolvimento da rede através da área proposta a ser coberta por uma rede.
[00030] Adicionalmente, a invenção oferece a possibilidade de reconfigurar antenas no sentido mais amplo do termo, isto e, tanto no tocante à inclinação como no que se refere à configuração azimutal do diagrama de radiação, isto e, seletivamente e independentemente atribuindo a cada direção um respectivo valor de ganho.
[00031] Este não é o caso para aqueles sistemas da técnica anterior assegurando (somente) o ângulo de inclinação ser ajustado; naquele caso, os valores de ganho para um número de direções são alterados inevitavelmente preservando uma relação fixa determinada pelo perfil ‘horizontal’ do diagrama.
[00032] Estas limitações intrínsecas da técnica anterior são descartadas no sistema descrito aqui, que efetivamente permite a reconfiguração de uma rede de comunicação ocorrer i) no nível de planejamento - isto é, antes de a rede ser efetivamente desocupada; ii) a título de ajuste/otimização de uma rede já existente; e iii) durante a atual operação da rede, possivelmente em condições de tempo real.
Petição 870170043954, de 26/06/2017, pág. 20/44 / 20 [00033] Em uma modalidade preferencial da invenção, um critério de configuração objetivo é identificado juntamente com um correspondente método operacional adaptado para implementação em uma arquitetura de software dedicada. Uma arquitetura deste tipo é suscetível de analisar o ambiente que circunda cada antena em termos de perda de trajeto (isto é, a atenuação à qual o sinal eletromagnético é submetido através do trajeto entre a antena e cada ponto na área coberta) e em termos de uma previsão de nível de tráfego, estimado ou efetivamente medido para um serviço dado ou um conjunto complexo de serviços.
[00034] O conhecimento do valor da perda de trajeto é na realidade representativo de conhecimento da área de cobertura da respectiva célula. Tais dados, tendo um grau variável de confiabilidade dependendo das aplicações, são visualmente incluídos nas facilidades disponíveis com qualquer instrumento de planejamento para redes móveis da segunda e da terceira geração.
[00035] Informações concernentes ao tráfego oferecidas em função de distribuição através da área servida, representam dados de entrada para planejar redes da terceira geração, cujos dados também são úteis no corretamente dimensionar redes da segunda geração. Em consequência, o esquema exposto aqui não requer quaisquer informações apreciáveis além das informações já atualmente disponíveis ao planejar uma rede de telecomunicação móvel.
[00036] Uma modalidade preferencial da invenção analisa os requisitos de tráfego da inteira área servida e deriva dos mesmos um diagrama de radiação ideal para configurar a respectiva antena. De preferência, os resultados são otimizados em termos de maximizar a relação do tráfego oferecido e coletado na área de cobertura com a atenuação experimentada pelo sinal na direção específica apontando para o “pixel” da área coberta sendo considerada. Cada antena individual pode assim ser configurada para
Petição 870170043954, de 26/06/2017, pág. 21/44 / 20 melhor servir aqueles usuários que são “alcançáveis” em termos de campo eletromagnético com a mínima alocação de energia em termos de sinal irradiado, que por sua vez é uma fonte de interferência potencial com as outras antenas incluídas na rede. A busca pela configuração ideal do diagrama de radiação pode ser repetida para todas as antenas na rede considerada, utilizando como um resultado final uma configuração integrada ideal relacionada com todos os sistemas de radiação incluídos na rede.
[00037] O conjunto descrito aqui também se presta a ser possivelmente usado no reconfigurar uma rede existente: especificamente um número de áreas operando sob condições críticas pode ser identificado e uma ou mais antenas reconfiguráveis usadas em substituição às antenas “fixas” existentes de maneira a resolver os problemas existentes nas áreas críticas e possivelmente aperfeiçoar o desempenho da inteira rede.
[00038] Indiferentemente ao fato de envolver o inteiro conjunto de antenas em uma rede ou somente uma parte delas sendo analisada, o processo de configuração pode ser realizado em um centro de controle (por exemplo, a controladora da estação base) da rede e executado através daqueles canais de controle que já existem na rede para a finalidade de monitorar a operação [00039] O processo de reconfiguração é intrinsecamente um processo rápido, a única limitação sendo em fato apresentada pela disponibilidade de informações atualizadas sobre o ambiente. A reconfiguração pode assim ocorrer também repetidamente. Dentro de um transcurso de tempo muito curto. Por exemplo, a reconfiguração pode ser realizada com diferentes frequências durante um dia, de maneira a levar em conta o fato, e.g., de que os fluxos de tráfego podem não variar apreciavelmente durante uma boa parte do dia, enquanto sendo submetido à intensiva modificação como um resultado de eventos ocorridos durante o fim de semana, durante períodos de feriado ou como um resultado de eventos tais como eventos públicos e desportivos. Descrição Sucinta dos Desenhos
Petição 870170043954, de 26/06/2017, pág. 22/44 / 20 [00040] A invenção passa a ser descrita a seguir, meramente a título de exemplo, reportando-se às figuras de desenho anexas, em que:
Figura 1 é um diagrama exibindo uma rede de telecomunicação adaptada para uso da invenção;
Figura 2 representa, esquematicamente, o princípio operacional básico de uma modalidade preferencial do esquema descrito aqui;
Figura 3 é um diagrama ilustrativo do critério esquematicamente mostrado na figura 2; e
Figuras 4 e 5 são fluxogramas representando etapas em um processo de configuração conforme exposto aqui.
Descrição Detalhada de Modalidades Preferenciais da Invenção [00041] Na figura 1, o numeral de referência 10 indica como um todo um sistema de telecomunicação tal como uma rede de comunicação móvel de acordo com qualquer standard conhecido.
[00042] Uma rede GSM ou uma rede UMTSS podem ser consideradas como exemplos das denominadas segunda e terceira gerações (3G) de sistemas deste tipo. A invenção, todavia, é aplicável a qualquer tipo de redes de comunicação, mesmo sem limitação a uma rede de comunicação celular.
[00043] A representação esquemática da figura 1 representa exclusivamente a parte “fixa” da rede, exclusive os terminais móveis. A parte fixa da rede mostrada inclui uma pluralidade de estações base 12 cada uma tendo associada com a mesma pelo menos um respectivo sistema de radiação tal como uma antena 14.
[00044] Cada uma ou pelo menos uma parte das antenas 14 mostradas são do tipo cujo diagrama de radiação pode ser seletivamente ajustado, assim possibilitando modificar o diagrama de radiação da antena por intermédio de sinais elétricos fornecidos pela respectiva estação base 12 dependendo, e.g., das correspondentes instruções recebidas pela controladora da estação base
16.
Petição 870170043954, de 26/06/2017, pág. 23/44 / 20 [00045] A capacidade de adaptar as características de propagação das antenas ajustáveis 14 consideradas aqui não está limitada ao ajuste do ângulo de inclinação.
[00046] Na modalidade preferencial como mostrada, a adaptação das características da antena inclui a possibilidade de seletivamente modificar o diagrama de radiação no plano da área servida pelo sistema, por exemplo, possivelmente adicionando, removendo lóbulos e/ou seletivamente alterando a orientação mútua e a intensidade destes lóbulos.
[00047] Antenas exibindo tais características (isto é, a faculdade de associar um valor de ganho selecionado a praticamente cada direção da antena através da área coberta pelo seu diagrama de radiação) são conhecidas da técnica, por exemplo, na forma das denominadas antenas em fase.
[00048] Informações genéricas relativas a estas antenas podem ser, por exemplo, encontradas em:
- R.C. Hansen, “Microwave Scanning Antennas” vol. II “Array Theory and Practice”, e vol. III “Array Systems”, Academic Press, New York 1964.
- E. Brockner, Ed. “Practical Phased Array Antenna Systems”, Artech House, Boston, 1991; ou
- R,J. Mailloux “Phased Array Systems Handbook - Pattern Synthesis for Linear and Planar Arrays” Artech House, Boston, 1994.
[00049] No exposto a seguir será genericamente presumido que a controladora de estação base 16 está conectada com o centro de comutação móvel (MSC) 18 da rede. O centro 18 por sua vez opera sob o controle de um centro de operação de rede 20 em possível conexão com uma ou mais outras redes tal como uma Rede Telefônica Comutada Pública (PSTN) 22.
[00050] Será ainda apreciado que a arquitetura mostrada aqui é uma arquitetura exclusivamente típica. Na realidade, a disposição aqui apresentada pode ser facilmente operada também dentro da estrutura de diferentes
Petição 870170043954, de 26/06/2017, pág. 24/44 / 20 arquiteturas tais como redes descentralizadas assegurando informações e/ou instruções para reconfiguração de antena sendo reunidas e/ou geradas em qualquer ponto na rede.
[00051] A título de introdução genérica para os princípios básicos da invenção, pode ser de valia lembrar que investigações (tanto de ordem teórica como de natureza experimental), concernentes à propagação de sinais eletromagnéticas em sistemas de telecomunicação tais como sistemas móveis mostram que a amplitude do sinal eletromagnético está efetivamente sujeita a um grau de atenuação mais alto que a atenuação teórica definida no denominado espaço livre.
[00052] No caso de propagação no espaço livre, a atenuação é proporcional ao quadrado da distância da fonte de sinal e, por conseguinte, proporciona à área total adaptada para ser coberta com um valor útil dado de intensidade de sinal (denominada “área de cobertura”).
[00053] As razões que levam à atenuação a ser na prática mais alta em comparação com o modelo de espaço livre estão relacionadas com as diferenças essenciais existentes entre o espaço livre e um ambiente real. Mesmo na ausência de obstáculos à propagação, o ambiente real, o ambiente real é caracterizado pela interação do sinal eletromagnético com a superfície da terra. Adicionalmente, obstáculos estão sempre presentes através do trajeto de propagação.
[00054] De modo similar, em todas as ligações radio elétricas (radio links), inclusive ligações móveis, a atenuação associada com o trajeto/canal de propagação entre os dois terminais comunicantes é um parâmetro básico para assegurar a conexão. Dada uma determinada sensibilidade do terminal receptor (isto é, um nível de sinal mínimo requerido - porém não suficiente em geral - para assegurar a operação) o requisito por um nível de sinal mínimo na presença de um de um nível de atenuação dado entre a fonte de sinal e o terminal receptor pode ser garantido na base de considerações
Petição 870170043954, de 26/06/2017, pág. 25/44 / 20 básicas de equilíbrio de energia através do trajeto de comunicação. Isto por sua vez é satisfeito adaptando a potência transmitida pela fonte e/ou a eficiência ou ganho do sistema de radiação associado.
[00055] À medida que o valor de atenuação através do trajeto aumenta, assegurar um correto enlace torna-se mais e mais dispendioso em termos de energia/potência, que praticamente corresponde a uma limitação da área de cobertura.
[00056] A área de cobertura de uma fonte eletromagnética dada está intrinsecamente relacionada com a quantidade de tráfego para aquela área em relação com um serviço dado ou conjunto de serviços a serem prestados pela rede de telecomunicações. Muito embora notáveis flutuações existam relacionadas com a distribuição não uniforme de tráfego através do território, a quantidade total de tráfego em uma célula de um sistema de comunicação celular é na realidade proporcional à extensão da área de cobertura e assim (pelo menos aproximadamente) ao quadrado do rádio da célula circular nacional equivalente à área de cobertura considerada.
[00057] Uma modalidade preferencial do conjunto exposto aqui é assim baseada sobre o conceito de considerar a atenuação como uma espécie de fator de “custo” ao passo que o tráfego oferecido representa “benefício”.
[00058] Por conseguinte, uma vez que a posição de uma antena dada 14 seja fixa, o território que circunda a antena em questão (ver a fig. 2) pode ser considerado como constituído de uma pluralidade de partes ou setores S, cada um incluindo um conjunto dado de pixéis P, possuindo dimensões de por exemplo 50x50 metros.
[00059] Consequentemente, para cada dito pixel P uma relação de custo/benefício pode ser definida como:
Tpixel/ apixel = Rbcpixel onde:
Tpixel (por exemplo, em Erlang) representa o tráfego oferecido
Petição 870170043954, de 26/06/2017, pág. 26/44 / 20 para o pixel.
Apixei (por exemplo, em dB) representa a atenuação através do trajeto entre a antena 14 e o pixel em questão [00060] Será apreciado que tanto os parâmetros de tráfego como de atenuação usados para definir a relação Rbcpixel podem ser quer predeterminados (por exemplo, por intermédio de predição) durante a fase de planejamento de uma rede ainda a ser desenvolvida ou medida, estimada ou predita a operação efetiva de uma rede já desenvolvida uma vez que os níveis previstos de tráfego na área de cobertura e os níveis de atenuação para os pixéis nela compreendidos sejam conhecidos: isto pode resultar de cálculos conduzidos na base de modelos de propagação.
[00061] Cada um dos pixéis P em uma parte dada S da área coberta tem um valor de atenuação associado e os valores de atenuação para todos os pixéis no setor S investigados exibem um valor mínimo amin.
[00062] Uma função de otimização f(a0) pode então ser definida como segue:
f (a0) = (1/a0) Σ Tpixel / apixel onde a soma na função de otimização se estende por apixel de apixel de amin para amin para a0 através de todos os pixéis P em uma parte dada S da área coberta.
[00063] A adição indicada precedentemente poderá ser estendida para qualquer uma das partes “S”, que, por sua vez, são determinadas com base na resolução de ângulo sólido para o qual o diagrama de radiação da antena deve ser otimizado.
[00064] Isto é realizado utilizando um sistema de referência cuja origem é a antena propriamente dita. Por exemplo, a figura 2 reporta um exemplo onde a resolução foi selecionada para ser igual a 30° em azimute (ΔΘ) ao passo que o valor em elevação (Δφ) é selecionado de tal maneira a definir através da área de cobertura partes anulares tendo larguras radiais
Petição 870170043954, de 26/06/2017, pág. 27/44 / 20 idênticas.
[00065] Em virtude de o comportamento típico das entidades Tpixei e apixei, para cada parte S de território investigada, a função f(a0) exibe um comportamento como mostrado, a título de exemplo, na figura 3. Consequentemente, um valor am existe para as abscissas na figura 3 onde a função de otimização tem um máximo valor de f(am).
[00066] Essencialmente, a função de otimização definida no precedentemente exposto é uma espécie de função de custo onde os valores de tráfego Tpixel são pesados por intermédio dos valores de atenuação.
[00067] Uma modalidade preferencial do esquema mostrado aqui visa utilizar, para cada parte S da área que circunda a antena (definida por suas coordenadas Δθ, Δφ) o correspondente valor am como o valor ideal de atenuação a ser compensado com o ganho de antena naquela direção.
[00068] Consequentemente, o conjunto dos valores para am obtidos para todas as partes S do território considerado identifica a forma do diagrama de radiação a ser usado para a antena de maneira a assegurar que a função otimizadora seja maximizada em toda direção.
[00069] A relação de identidade que se relaciona com o conjunto dos valores de atenuação am e o conjunto de valores que define o diagrama de radiação da antena reconfigurável tem de ser entendida no sentido relativo com respeito a um valor de referência.
[00070] Presumindo-se que Gmax seja o ganho Máximo que pode ser obtido com a antena reconfigurável e Ammax o valor máximo no conjunto dos valores de atenuação am obtido para as várias partes da área investigada, o máximo ganho Gmax é alocado àquela parte de território caracterizada por Amax, ao passo que àquela parte de território caracterizada por um valor de atenuação genérico ami um valor de ganho é alocado dado pela seguinte relação:
Gmi — Gmax (Amax ami)·
Petição 870170043954, de 26/06/2017, pág. 28/44 / 20 [00071] Ainda utilizando as entidades Amax e Gmax é possível definir o nível de potência ideal para a antena reconfigurável em função da amplitude mínima de campo eletromagnético Emin. Especificamente, o nível de potência em questão é designado de potência piloto em redes UMTS e potência BCCH (Canal de Controle de Difusão) em redes GSM. Como indicado, isto por sua vez está relacionado com a sensibilidade do terminal móvel.
[00072] Aquele respeito, necessita-se simplesmente se reportar à relação bem conhecida existente entre o nível de campo eletromagnético em um pixel, a potência transmitida PT no significado de Potência Irradiada Isotrópica Equivalente - EIRP) pela antena servidora da célula, a atenuação do trajeto e a frequência f da conexão de rádio.
[00073] Isto tipicamente tem a fórmula indicada a seguir, em que as unidades de medição para as várias entidades são indicadas.
Emin \_dBuV/m_| = Pr [dBm] + 20.log f [MHz] + 77,27 - Amax [dB] [00074] Na relação prévia, a potência transmitida Pt pode ser expressa como
Pr [dBm] — (Palimentação [dBm] Acabo [dB] + Gmax [dB]) onde Acabo é a atenuação introduzida elos cabos alimentadores de antena (para guias de onda) que é conhecida.
[00075] Em ambas as relações consideradas no precedentemente exposto, todos os termos são geralmente conhecidos com a exceção da potência Pfeed. Isto pode, por conseguinte, ser deduzido da fórmula. O valor obtido para Pfeed tem naturalmente de atender às limitações estabelecidas pelas normas aplicáveis para a rede considerada.
[00076] De qualquer modo, a informação obtida é útil pelo fato de, e.g., se Pfeed é mais alta que o máximo valor provido pelo standard, então uma probabilidade substancial existe de que as características orográficas e a distribuição de tráfego na área que circunda a antena considerada são tais a sugerir a re-localização da antena ou a adição de novos locais de antena na
Petição 870170043954, de 26/06/2017, pág. 29/44 / 20 rede.
[00077] Caso não sejam introduzidas alterações na locação da antena ou se o número das antenas na rede não é alterado, a potência Pfeed na célula investigada será obviamente a máxima provida para o standard muito embora não será possível assegurar o nível de otimização definido no precedentemente exposto.
[00078] Reciprocamente, se Pfeed é mais baixa que o máximo valor de potência provido pelo standard, o valor em questão pode ser positivamente usado para a estação base considerada. Daquela maneira, o nível ideal é assegurado enquanto obtendo uma vantagem tangível em termos de reduzir a interferência gerada nas partes circundantes da rede.
[00079] Esquema exposto anteriormente pode ser obviamente estendido a qualquer número das antenas incluídas na rede aplicando-se os mesmos critérios anteriormente descritos.
[00080] O fluxograma da figura4 se refere à possível aplicação do esquema recém descrito no planejamento de uma rede móvel tal como uma rede UMTS.
[00081] Será genericamente presumido que uma construção de rede existente já se encontra disponível baseada sobre N células/antenas “convencionais”, e.g., antenas com um único lóbulo cada uma apontando numa direção fixa (tanto em azimute como em elevação). Será também presumido que as seguintes informações se encontram disponíveis ao nível de predição de construção:
- distribuição de tráfego oferecida;
- área de serviço coberta por cada célula;
- quantidade total de tráfego conduzida;;
- quantidade média de tráfego conduzida pelas células; e
- níveis de interferência entre células [00082] O parâmetro Tm pode ser considerado como uma medida do
Petição 870170043954, de 26/06/2017, pág. 30/44 / 20 tráfego capturado por cada uma das células analisadas, e pode ser designado como um alvo com o objeto principal de distribuir o tráfego uniformemente entre as várias células e aperfeiçoar o processo de configuração de cada antena. [00083] Numa etapa 100, a disponibilidade de n células reconfiguráveis será presumida, com n < N, [00084] Em uma etapa 102, o processo de configuração descrito no precedentemente exposto é aplicado aquelas n células na rede que, quando equipada com antenas fixas, convencionais, exibem nível de tráfego conduzido que mais apreciavelmente difere do nível médio Tm (e.g., 50% maior ou 50% menor). Estes são naturalmente valores apenas indicativos, (e o valor absoluto do limiar positivo pode diferir do valor absoluto do limiar negativo).
[00085] Enunciado em outros termos, na etapa 102 a quantidade média de tráfego (Fm) servida pelas N células/antenas é avaliada. Pelo menos um valor limiar de diferença (que pode ser quer positivo, por exemplo, X% maior, quer negativo Y% menor) com respeito à quantidade média de tráfego (Tm) é definida.
[00086] Um subconjunto de n antenas ‘críticas’ é então identificado entre as N antenas na rede para aa qual as respectivas quantidades de tráfego atingem o valor limiar de diferença (positivo ou negativo); as n antenas reconfiguráveis são então substituídas por estas antenas ‘críticas’.
[00087] Em uma etapa 104, o desempenho da rede é avaliado reportando-se a uma rede reconfigurada onde n antenas reconfiguráveis foram utilizadas em substituição às antenas fixas convencionais nas n ‘células críticas’ identificadas no precedentemente exposto. Especificamente, o desempenho da rede é avaliado em termos de distribuição de tráfego conduzido.
[00088] Em uma etapa 106 um teste é efetuado quanto ao fato do nível de desempenho avaliado ser satisfatório.
[00089] No caso de um resultado positivo da etapa 106 (desempenho
Petição 870170043954, de 26/06/2017, pág. 31/44 / 20 satisfatório), o sistema evolui para uma etapa 110 onde o valor alvo médio Tm é aumentado (por exemplo, em 5%) e o processo é repetido regredindo à etapa 102.
[00090] O fluxograma da figura 5 se refere à possível aplicação do esquema recém descrito para otimizar uma rede móvel já existente tal como uma rede UMTS.
[00091] Mais uma vez em uma etapa 200 será presumido que a rede inclui N células/antenas a partir das quais n células são equipadas com antenas reconfiguráveis. Isto pode possivelmente resultar o procedimento ilustrado na figura tendo sido previamente aplicado. Mais uma vez será presumido que n < N.
[00092] Uma etapa 202 genericamente indica a disponibilidade de informações sobre variações na distribuição do tráfego oferecido, tais variações cíclicas ocorrendo numa base diária ou semanal e/ou como um resultado de eventos públicos, novas moradias ou atividades industriais/comerciais na área coberta pela rede.
[00093] Em uma etapa 204, o processo de (re)configuração descrito no precedentemente exposto é aplicado aquelas n células na rede equipada com antenas reconfiguráveis levando em conta os fatores de variação considerados no anteriormente exposto. Será apreciado que uma reconfiguração deste tipo não necessita indispensavelmente levar a alterar as características de radiação de todas as antenas reconfiguráveis que atendem às ditas células.
[00094] Em uma etapa 206, o desempenho da rede como reconfigurada é avaliado em termos de tráfego total conduzido e sua distribuição.
[00095] Em uma etapa 208 um teste é efetuado quanto ao nível de desempenho avaliado ser satisfatório.
[00096] No caso de um resultado positivo da etapa 208 (desempenho satisfatório), o sistema passa para uma etapa final 210.
[00097] No caso de um resultado negativo da etapa 208 (desempenho
Petição 870170043954, de 26/06/2017, pág. 32/44 / 20 não considerado satisfatório) um número de opções é aberto para ação sobre a rede como indicado por uma etapa 210.
[00098] Como uma primeira opção, em uma etapa 212 o alvo em termos de tráfego médio Tm pode ser variado, por exemplo, como descrito no exposto precedentemente com referência à etapa 110 na figura 4.
[00099] Alternativamente, em uma etapa 214 o número de antenas reconfiguráveis pode ser alterado, por exemplo, aumentando o valor de n num fator de aumento An, assim levando a um subconjunto reconfigurável de antenas sendo definido em uma etapa 216.
[000100] Como uma outra alternativa, em uma etapa 218 o número total de células pode ser aumentado assim levando em uma etapa 220 a revisar a construção da rede.
[000101] Após qualquer uma das etapas 212, 216 ou 220 o sistema retorna à etapa 204.
[000102] Se o nível máximo de tráfego adaptado para ser conduzido por uma célula é atingido, os mesmos critérios podem ser adotados conforme descrito com respeito ao valor de máxima potência considerado no exposto.
[000103] Será apreciado que o esquema exposto aqui não está de maneira alguma ligado com uma sequência específica em que as várias células equipadas com antenas reconfiguráveis são analisadas. O esquema exposto aqui oferece um meio para um planejamento guiado da rede seguindo um critério de otimização dos níveis de sinal transmitidos por cada fonte fixa na rede. O esquema aqui exposto também assegura em termos genéricos um aperfeiçoamento do tráfego conduzido e/ou uma redução dos valores de potência transmitidos pelas células.
[000104] Naturalmente, sem prejuízo do princípio básico da invenção, os detalhes e as modalidades podem variar, também de forma significativa, com respeito ao que foi precedentemente descrito, meramente a título de exemplo, sem se afastar do âmbito de proteção da invenção conforme definido pelas
Petição 870170043954, de 26/06/2017, pág. 33/44 / 20 reivindicações anexas. Especificamente, aqueles versados na técnica apreciarão que a invenção está baseada no conceito geral de determinar para cada direção no diagrama de radiação de uma antena um respectivo valor de tráfego de comunicação, e seletivamente alocar para cada direção um respectivo valor de ganho em função de, por exemplo, o tráfego de comunicação determinado para a direção e o valor de atenuação através do trajeto de propagação identificado por aquela direção.
[000105] A natureza daquela função pode assim ser definida diferentemente dependendo dos requisitos operacionais específicos. As escolhas atualmente preferenciais são selecionar o valor de ganho para uma direção dada como o ganho maximizador de uma relação (Rbcpixel) do valor de tráfico para o valor de atenuação e/ou o ganho otimizador de uma função de custo (f(a0)) em que o valor de tráfego e o valor de atenuação representam fatores de benefício e custo, respectivamente.
[000106] Tal resultado pode ser - mas não indispensavelmente necessita ser - alcançado na base da relação específica reportada no exposto.
[000107] Também, aqueles versados na técnica apreciarão que o campo de aplicação possível da invenção não está de maneira alguma limitado a redes de comunicação de área ampla tais como as redes UMTS supracitadas meramente a título de exemplo. Entre as áreas alternativas de aplicação da invenção se incluem, e.g., redes de área local tais como WLANs em contextos domésticos e comerciais.
Claims (9)
- REIVINDICAÇÕES1. Método para configurar uma rede de comunicação incluindo uma pluralidade (N) de antenas (14), caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de:a) incluir na dita pluralidade de antenas (14) pelo menos uma (n) antena reconfigurável adaptada para servir tráfego de comunicação em uma respectiva área de cobertura (S, P), dita antena reconfigurável possuindo um diagrama de radiação que exibe uma pluralidade de valores de ganho ajustáveis seletivamente para um conjunto de direções (Δθ, Δφ), cada direção naquele conjunto definindo um trajeto de propagação entre a antena (14) e uma parte (S) da área de cobertura, cada parte (S) incluindo uma pluralidade de pixéis (P), em que cada dito pixel (P) tem um valor associado de tráfego de comunicação (Tpixel) e um trajeto de propagação da dita antena (14) com um valor de atenuação associado (apixel),b) determinar, para cada direção (Δθ, Δφ) naquele conjunto, um valor de atenuação de referência (am) através do trajeto de propagação que é definido pela direção (Δθί, Δφ), o dito valor de atenuação de referência (am) dependendo de uma relação de custo/benefício (Rbc) para os pixéis (P) incluídos na dita parte (S), aquela relação de custo/benefício (Rbc) sendo uma relação entre aquele valor associado de tráfego de comunicação (Tpixel) e aquele valor de atenuação associado (apixel) em cada um de ditos pixéis (P), o referido valor de atenuação de referência (am) correspondendo ao valor de atenuação que maximiza uma função de otimização (f(ac)) definida como:f(a0) = (1/a0) Σ Tpixel/apixel onde Tpixel/apixel é a relação de custo/benefício (Rbc) e a soma se estende a partir de um valor de atenuação (amin) para um valor de atenuação (a0) através de todos os pixéis (P) incluídos na parte (S) daquela área de cobertura, o dito valor de atenuação (amin) sendo o valor mínimo dos valores de atenuação para todos os pixéis (P) incluídos naquela parte (S),Petição 870170073236, de 28/09/2017, pág. 12/16
- 2 / 5c) determinar um valor máximo de atenuação (Amax) daqueles valores de atenuação de referência (ami) associados com cada direção (Δθ, Δφ)d) determinar um valor de ganho máximo (Gmax) do mencionado diagrama de radiação da dita pelo menos uma antena reconfigurável (14) na referida área de cobertura,e) associar o referido valor de ganho máximo (Gmax) à direção (Δθ, Δφ) tendo o dito valor máximo de atenuação (Amax),f) determinar, para as outras direções (Δθ, Δφ), um respectivo valor de ganho (Gmi) no diagrama de radiação daquela antena reconfigurável (14) baseado na relação Gmi = Gmca - (Amax - ami).2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que inclui as etapas de:- determinar um valor de intensidade de campo (Emin) requerido para prover o tráfego de comunicação através da área coberta pelo diagrama de radiação da dita pelo menos uma antena reconfigurável (14),- determinar um valor de potência (Pfeed) para a dita antena (14) para prover aquele valor de intensidade de campo (Emin),- comparar aquele valor de potência (Pfeed) determinado com um valor limiar máximo, e- se tal valor de potência (Pfeed) conforme determinado exceder o valor limiar máximo, emitir um sinal indicando que a antena (14) tem de ser relocalizada.
- 3. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que inclui as etapas de:- configurar a dita rede como uma etapa de planejar uma rede ainda desocupada, e- determinar o referido valor de tráfego de comunicação (Tpixel) como um parâmetro planejado daquela rede ainda desocupada.
- 4. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado peloPetição 870170073236, de 28/09/2017, pág. 13/163 / 5 fato de que inclui as etapas de:- configurar aquela rede como uma etapa de gerenciar uma rede já existente, e- determinar o referido valor de tráfego de comunicação (Tpixel) como pelo menos um dentre um parâmetro de predição e um parâmetro medido daquela rede já existente.
- 5. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender as etapas de:- determinar um valor de referência de tráfego (Tm) servido pela pluralidade (N) de antenas na rede,- estabelecer pelo menos um limiar de diferença com respeito a dito valor de referência de tráfego (Tm),- identificar entre a pluralidade de antenas (N) um subconjunto (n) de antenas, em que respectivos valores de tráfego servidos por cada uma das antenas no dito subconjunto atingem aquele limiar de diferença, e- configurar as antenas (n) naquele subconjunto como antenas reconfiguráveis, cada uma possuindo um diagrama de radiação que exibe uma pluralidade de valores de ganho ajustáveis seletivamente para um conjunto de direções (ΔΘ, AJ cada direção no referido conjunto definindo um trajeto de propagação entre a antena (14) e uma parte (S) da respectiva área de cobertura (S, P), e- aplicar às antenas reconfiguráveis do referido subconjunto as etapas b), c), d), e) e f) para reconfigurar aquela rede.
- 6. Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que compreende a etapa de definir o dito valor de referência de tráfego como o valor médio de tráfego (Tm) servido por aquela pluralidade de antenas.
- 7. Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que compreende a etapa de testar (106; 208) o nível de desempenho da dita rede reconfigurada.Petição 870170073236, de 28/09/2017, pág. 14/164 / 5
- 8. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de:- definir pelo menos um critério para um nível de desempenho satisfatório daquela rede,- testar (106; 208) o nível de desempenho da mencionada rede reconfigurada contra o dito critério, e- se tal teste (106; 208) revelar que aquele nível de desempenho deixa de satisfazer o referido critério, tomar pelo menos uma das etapas de:- variar (110; 212) tal valor de referência de tráfego (Tm),- aumentar o número (n) de ditas antenas reconfiguráveis no referido subconjunto, e- aumentar (218) o número total (N) de antenas na rede.
- 9. Arquitetura de rede para uma rede de comunicação incluindo uma pluralidade (N) de antenas (14), caracterizada por compreender:- pelo menos uma (n) antena reconfigurável adaptada para servir tráfego de comunicação em uma respectiva área de cobertura (S, P), em que:- aquela pelo menos uma antena reconfigurável possui um diagrama de radiação que exibe uma pluralidade de valores de ganho ajustáveis seletivamente para um conjunto de direções (Δθ, Δ$·), e em que:- cada direção (Δθ, Δ$·) naquele conjunto define um trajeto de propagação entre a antena (14) e uma parte (S) da área de cobertura, dita parte (S) incluindo uma pluralidade de pixéis (P), em que cada dito pixel (P) tem um valor associado de tráfego de comunicação (Tpixel) e um trajeto de propagação da dita antena (14) com um valor de atenuação associado (apixel), e- tem associado um valor de atenuação de referência (am) através do trajeto de propagação definido pela direção (Δθ, Δ$·), tal valor de atenuação de referência (am) dependendo de uma relação de custo/benefício (Rbc) para os pixéis (P) incluídos na dita parte (S), tal relação de custo/benefício (Rbc) sendo uma relação entre o dito valor associado de tráfego de comunicaçãoPetição 870170073236, de 28/09/2017, pág. 15/165 / 5 (Tpixei) e o dito valor de atenuação associado (apxei) em cada um dos ditos pixéis (P), o referido valor de atenuação de referência (am) corresponde ao valor de atenuação que maximiza uma função de otimização (f(ac)) definida como:f(a0) = (1/a0) Σ Tpixel/apixel onde Tpixel/apixel é a relação de custo/benefício (Rbc) e a soma se estende a partir de um valor de atenuação (amin) para um valor de atenuação (ao) através de todos os pixéis (P) incluídos numa dada parte (S) da área de cobertura, o referido valor de atenuação (amin) sendo o valor mínimo dos valores de atenuação para todos os pixéis (P) incluídos naquela dada parte (S), e- tem associado um respectivo valor de ganho (Gmi), aquele respectivo valor de ganho (Gmi) sendo determinado por meio da relação Gmi = Gmax - (Amax - ami), onde Ámax é um valor máximo de atenuação (Amax) daqueles valores de atenuação de referência (ami) associados com cada direção (Δθ, Δφ) naquela área de cobertura e Gmax é o valor de ganho máximo do dito diagrama de radiação da referida pelo menos uma antena reconfigurável (14) associado com a direção (Δθ, Δφ) tendo o valor máximo de atenuação (Amax).
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