ES2339001T3 - Sistema y metodo de programacion equitativa y dependiente del canal para sistemas inalambricos. - Google Patents
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Abstract
Un método de programación dependiente del canal, que comprende las operaciones de: - almacenar (84) datos que indican las condiciones de canal previas entre un nodo de transmisión (10) y por lo menos un nodo de destino (15) posible; - poner en cola paquetes de datos para ser transmitidos al, por lo menos un nodo de destino (15) posible; - determinar (86) condiciones de canal actuales entre el nodo de transmisión (10) y el por lo menos un nodo de destino (15) posible; y - programar (90, 92, 94) la transmisión de un paquete en cola desde el nodo de transmisión (10) al, por lo menos un nodo de destino (15) posible, en función de las condiciones de canal actuales y a las condiciones de canal previas. caracterizado porque la operación de programar comprende además las operaciones de: - traducir y normalizar (90) las actuales condiciones de canal con respecto a los datos que indican las condiciones de canal previas entre el nodo de transmisión (10) y el por lo menos un nodo de destino (15); - determinar (92) canales (55) que tienen una potencia de transmisión más baja en respuesta a la traducción y normalización; y - programar (94) la transmisión de paquetes en cola a los canales determinados (55) que tienen la potencia de transmisión mas baja en respuesta a la traducción y normalización.
Description
Sistema y método de programación equitativa y
dependiente del canal para sistemas inalámbricos.
La presente invención se refiere a la
transmisión de paquetes de datos, y más particularmente, a la
programación, equitativa y dependiente del canal, de la transmisión
de paquetes de datos en un sistema inalámbrico.
En sistemas inalámbricos, un nodo simple, tal
como una estación base, dispone de paquetes de datos para ser
transmitidos a varios nodos de destino. Las transmisiones de
paquetes a los nodos de destino pueden ser separadas en tiempo,
espacio, frecuencia y/o código. Un número limitado de paquetes puede
ser transmitido normalmente en un momento específico, y ser
multiplexados en espacio, frecuencia y/o código. La determinación de
qué paquetes transmitir en el momento específico, a qué dirección,
a qué frecuencia y utilizando qué código se determina mediante un
programador en el nodo.
En un ejemplo, los paquetes están dispuestos
para su transmisión a m nodos diferentes de un total de n (n \geq
2) nodos activos (0 \leq m \leq n) desde el nodo de transmisión
en un cierto momento t, mientras que el nodo de transmisión puede
solo transmitir un único paquete. Para el nodo de transmisión, no
todos los m nodos receptores son igualmente adecuados para ser
transmitidos, ya que las condiciones del canal pueden ser
diferentes para diferentes frecuencias, direcciones y códigos.
Además, las condiciones del canal desde el nodo de transmisión a un
nodo receptor i (i \leq i \leq n) pueden cambiar en el tiempo.
La meta del programador es transmitir todos los paquetes en el
momento adecuado.
Existe varios mecanismos de programación
básicos. Ejemplos de ellos incluyen el de operación por turnos, y
una gama de programadores de cola equitativa independientes del
canal. Algunos mecanismos de programar que tienen en cuenta las
condiciones del canal han sido propuestos tales como los descritos
por Kenneth S. Lee, Magda El Zarki, en "Comparison of Different
Scheduling Algorithms for Packetized Real-Time
Traffic Flows", Actas del 4º Simposio sobre Comunicaciones
Inalámbricas Personales Multimedia (WPMC'01), Aalborg, Dinamarca,
Septiembre 9-12, 2001; y por Xin Liu, Edwin K.P.
Chong, Ness B. Shroff, en "Opportunistic Transmission Scheduling
With Resource-Sharing Constraints in Wireless
Networks", Diario del IEEE sobre Áreas Seleccionadas en
Comunicaciones, Vol. 19, Nº 10, Octubre 2001. Estos mecanismos
posponen por un periodo de tiempo paquetes a nodos con condiciones
desfavorables del canal y en su lugar transmiten paquetes a otros
nodos.
El problema con los mecanismos de programación
basados en operación por turnos y en cola equitativa proviene de su
incapacidad para aprovechar los cambios en las condiciones del
canal. Por tanto, estos mecanismos pueden intentar enviar datos a
nodos durante un período de condiciones del canal difíciles, dando
como resultado errores de transmisión, aumento de potencia debido
al control de potencia (y por eso aumento de interferencias) en
sistemas CDMA, o disminución de la velocidad de transmisión de
datos.
Ejemplos de sistemas y métodos que usan
transmisiones basadas en las condiciones del canal son descritas en
las solicitudes de patente WO 01 71521 A y WO 01 76306 A. WO 01
71521 A describe un método y aparato en que una estación móvil
selecciona un emplazamiento de celda preferido para transmitir una
trama de datos para ser enviada posteriormente a la estación móvil.
Una estación base del emplazamiento de celda preferido programa una
transmisión de la trama de datos, en la que los parámetros para la
transmisión son determinados por la estación base a partir de
información del canal e interferencias recientemente medida.
WO 01 76306 A describe una adaptación de enlace
de radio y una selección de sector de estación base en un sistema
de comunicaciones por radio. La información recibida del terminal
móvil es utilizada por la estación base para solicitar a un sector
particular, y preferiblemente también a una antena de sector,
transmitir datos al terminal móvil y/o ajustar la velocidad de
transmisión de datos máxima actual al terminal móvil.
Los mecanismos existentes de programar
dependientes del canal tienden a no ser equitativos, porque los
nodos receptores, situados cerca de los nodos emisores tienden a
obtener mejor tratamiento (más flujo) que los nodos receptores
situados más lejos del nodo de transmisión. Las soluciones
existentes para este problema necesitan ya sea información sobre
los plazos para los paquetes de datos o supuestos sobre la carga de
tráfico con objeto de proporcionar equidad basada en el tráfico
pasado. Por lo tanto, hay una necesidad de mecanismos mejorados
dentro de la programación dependiente del canal, que den un
resultado más equitativo.
La presente invención supera el precedente y
otros problemas con un sistema y método para programar dependiente
del canal donde se almacenan datos que indican las condiciones
previas del canal entre un nodo de transmisión y al menos dos nodos
de destino. Adicionalmente, los paquetes de datos a transmitir a
los, por lo menos uno, nodos de destino son puestos en cola. Se
hace una determinación de las condiciones actuales del canal entre
el nodo de transmisión y por lo menos un nodo de destino y, junto
con las condiciones previas del canal indicadas por los datos
almacenados, permite la programación de transmisiones al, al menos,
un nodo de destino.
Se puede conseguir una comprensión más completa
del método y aparato de la presente invención haciendo referencia a
la siguiente descripción detallada conjuntamente con los dibujos
adjuntos en los que:
La Figura 1 es un diagrama de bloques funcional
de un nodo de transmisión capaz de programación equitativa y
dependiente del canal a una pluralidad de nodos de destino de
acuerdo con la presente invención;
Las Figuras 2A y 2B son diagramas de flujo que
ilustran la forma en que los paquetes pueden ser programados para
transmisión;
Las Figuras 3A y 3B son diagramas de flujo que
ilustran la forma de programación equitativa y dependiente del
canal entre una estación base CDMA y una estación móvil.
Haciendo ahora referencia a los dibujos, y más
particularmente a la Figura 1, se muestra un diagrama de bloques
funcional de un nodo de transmisión 10 que comunica con una
pluralidad de nodos de destino 15 de acuerdo con la presente
invención. Para cada destino potencial i (i \leq i \leq n), el
nodo de transmisión 10 mantiene una ubicación 20 de almacenaje para
una o más medidas 25 de las condiciones del canal que representan
las condiciones del canal en el pasado reciente para cada canal
entre el nodo de transmisión 10 y un nodo de destino. Las medidas
25 de las condiciones del canal están asociadas con cada nodo de
destino 15 específico dentro de la ubicación de almacenaje 20 de la
medida de las condiciones del canal. El nodo de transmisión 10
también incluye ubicación de almacenaje 30 de colas. Las
condiciones de canal pueden determinarse por la potencia de
transmisión requerida, la tasa de errores de bit, interferencias
detectadas, etc. La ubicación de almacenaje 30 de colas incluye una
pluralidad de colas 35 para cada nodo de destino 15. La cola 35
almacena paquetes 40 de datos que van a transmitirse a un nodo de
destino 15 asociado. Las colas 35 comprenden colas lógicas y pueden
ser implementadas dentro de la ubicación de almacenaje 30 en
cualquier número de maneras, por ejemplo, una memoria compartida
entre cada una de las colas 35, una RAM, etc.
Un programador 45 que incluye lógica 50 de
programación permite la selección de un paquete 40 en cola para ser
transmitido a un nodo de destino 15 por un canal 55 que interconecta
el nodo de transmisión 10 y un nodo de destino 15. La conexión
entre el nodo de transmisión 10 y el nodo de destino 15 se realiza a
través de una interfaz RF 58. La interfaz RF 58 proporciona una
conexión inalámbrica vía GSM, CDMA, PCS, AMPS,
D-AMPS, etc. La selección de un canal se basa en
comparar las condiciones actuales de canal con las condiciones de
canal en el pasado reciente, según indican las medidas 35 de la
condición de canal, para cada nodo de destino 15 para el cual hay
paquetes almacenados en la cola asociada 35. La noción de cómo de
reciente debe ser el pasado reciente depende de los requisitos de
retraso para que los paquetes 40 de datos se transfieran. Este es
un parámetro del sistema que puede ser sintonizado por el operador
del sistema. En el momento de la transmisión, la lógica 50 de
programación permite una determinación para cada cola 55 que
contiene paquetes en cola para un nodo de destino 15, a las
condiciones de canal actuales entre el nodo de transmisión 10 y el
nodo de destino 15. El programador 45 programa un paquete para ser
transmitido a aquel nodo que tiene las condiciones de canal
actuales más favorables comparadas con las condiciones de canal en
el pasado reciente según indican las medidas 25 de control de
canal.
Haciendo ahora referencia a las Figuras 2A y 2B,
son diagramas de flujo que muestran el funcionamiento del
programador 45 controlado por la lógica 50 de programación. En la
Figura 2A, se hacen nuevas mediciones de las medidas de condición
de canal en la operación 60. Adicionalmente, las medidas 35 de
condición de canal actualmente almacenadas son recuperadas en la
operación 62. Las nuevas mediciones de condiciones de canal junto
con las medidas actuales recuperadas de condición de canal son
utilizadas para calcular nuevas medidas de condición de canal en la
operación 64. Las medidas de condición de canal recién calculadas
son almacenadas en la operación 66. Este proceso se repite n veces
para cada nodo receptor.
Haciendo ahora referencia a la Figura 2B, las
mediciones de condición de canal actuales son realizadas en la
operación 68. Al mismo tiempo, las medidas de condición de canal
almacenadas actualmente, almacenadas en la operación 66, son
recuperadas en la operación 70. Las mediciones de condición de canal
actuales y las medidas de condición de canal recuperadas son
comparadas en la operación 72. Las operaciones 68-72
se repiten m veces para cada m nodos para los que hay almacenados
paquetes en una cola. En la operación 74 se selecciona un nodo
receptor que tiene las condiciones de canal más favorables basándose
en la comparación. La selección de un nodo receptor en la operación
74 se fundamenta en el nodo que tiene las condiciones de canal más
favorables comparadas con las condiciones de canal en el pasado mas
reciente. En la operación 76 se programa un paquete en cola para
ser transmitido al nodo receptor seleccionado.
Haciendo ahora referencia a las Figuras 3A y 3B,
se muestran diagramas de flujo que describen el funcionamiento del
sistema de las Figuras 1 y 2 en un enlace descendente de un canal
CDMA dividido en intervalos de tiempo tal como el HSDPA (Acceso a
Paquetes en Enlace Descendente de Alta Velocidad), 3GPPTR 25.855
V5.0.0 Acceso a Paquetes en Enlace Descendente de Alta Velocidad;
Descripción general UTRAN (Versión 5), Septiembre 2001 definida
actualmente por UMTS (Sistema de Telecomunicación Móvil Universal)
3GPP TR 23.101 V4.0.0 Arquitectura General UMTS (Versión 4),
Abril 2001. En este caso el nodo de transmisión 10 es una
estación base CDMA. Los nodos receptores 15 son estaciones móviles
CDMA. Las condiciones de canal desde la estación base CDMA a una
estación móvil específica se deducen de la potencia de transmisión
requerida actualmente para esa estación móvil. En la operación 78
(Figura 3A), se hace una nueva medición de la cantidad de potencia
de transmisión requerida. Al mismo tiempo, en la operación 80 se
recuperan los valores almacenados más recientemente de la potencia
de transmisión requerida para los momentos primero y segundo. El
primer momento representa la potencia de transmisión media y se
calcula utilizando un algoritmo de media móvil ponderado
exponencialmente. Un algoritmo similar se utiliza para calcular el
segundo momento que representa variantes de la potencia de
transmisión. La potencia de transmisión requerida recién medida y
el primer y segundo momentos recuperados se utilizan en la
operación 82 para calcular unos nuevos primero y segundo momentos
utilizado una media móvil ponderada exponencialmente. Los momentos
primero y segundo recién calculados son almacenados en la operación
84. Este proceso de las operaciones 78 hasta 84 se repite n veces
para cada nodo de destino del sistema.
Haciendo ahora referencia también a la Figura
3B, la medición actual de la potencia de transmisión requerida se
realiza en la operación 86 mientras que los momentos primero y
segundo actualmente almacenados de la operación 84 para un nodo son
recuperados en la operación 88. La potencia de transmisión a un nodo
normalizada y traducida se determina en la operación 90 traduciendo
y normalizando la potencia de transmisión medida para el nodo
utilizando los momentos primero y segundo almacenados. La Traducción
(desplazamiento) con el primer momento (potencia de transmisión
media) se necesita para evitar la falta de equidad entre nodos con
diferente capacidad de recepción de señal absoluta debido a
distancias diferentes. La Normalización con el segundo momento
(variantes de la potencia de transmisión) se necesita para evitar
la falta de equidad entre nodos con diferentes variaciones de
capacidad de recepción de señal por ejemplo, debido a velocidades
diferentes. Puede utilizarse todo un rango de simples y diferentes
aplicaciones de aproximación para la normalización. Uno está basado
en la media móvil ponderada exponencialmente, como se mencionó
anteriormente. Otra mantiene una potencia de transmisión mínima y
máxima en la ventana de tiempo pasada y normaliza la potencia de
transmisión actual de acuerdo con Pnorm = (Pactual - Pmin)/(Pmax -
Pmin) para alcanzar un valor entre 0 y 1. Las operaciones 86 - 90 se
repiten n veces para cada nodo de destino del sistema.
La estación móvil que requiere la potencia de
transmisión traducida y normalizada más baja se selecciona en la
operación 92. En la operación 94 se selecciona un paquete para la
transmisión a la estación móvil seleccionada. Este proceso reduce
la potencia total de transmisión de la estación base comparada con
otros tipos de programación y rebaja el nivel de interferencia
dentro de una célula. Al mismo tiempo, los nodos de destino 15 lejos
de la estación base son tratados tan bien como los nodos cerca de
la estación base debido a que la potencia de transmisión requerida
se compara con la potencia de transmisión media.
La presente invención se aprovecha de las
condiciones de canal ventajosas al tiempo que supera la falta de
equidad de la programación dependiente del canal. Por lo tanto, la
capacidad total de un sistema inalámbrico puede aumentarse
manteniendo la equidad a largo plazo.
La descripción previa corresponde a una
realización preferida para la aplicación de la invención, y el
alcance de la invención no debe necesariamente estar limitado por
esta descripción. El alcance de la presente invención es definido
entonces por las siguientes reivindicaciones.
Claims (9)
1. Un método de programación dependiente del
canal, que comprende las operaciones de:
- -
- almacenar (84) datos que indican las condiciones de canal previas entre un nodo de transmisión (10) y por lo menos un nodo de destino (15) posible;
- -
- poner en cola paquetes de datos para ser transmitidos al, por lo menos un nodo de destino (15) posible;
- -
- determinar (86) condiciones de canal actuales entre el nodo de transmisión (10) y el por lo menos un nodo de destino (15) posible; y
- -
- programar (90, 92, 94) la transmisión de un paquete en cola desde el nodo de transmisión (10) al, por lo menos un nodo de destino (15) posible, en función de las condiciones de canal actuales y a las condiciones de canal previas.
- caracterizado porque la operación de programar comprende además las operaciones de:
- -
- traducir y normalizar (90) las actuales condiciones de canal con respecto a los datos que indican las condiciones de canal previas entre el nodo de transmisión (10) y el por lo menos un nodo de destino (15);
- -
- determinar (92) canales (55) que tienen una potencia de transmisión más baja en respuesta a la traducción y normalización; y
- -
- programar (94) la transmisión de paquetes en cola a los canales determinados (55) que tienen la potencia de transmisión mas baja en respuesta a la traducción y normalización.
\vskip1.000000\baselineskip
2. El método de la reivindicación 1, en el que
la operación de almacenar (84) comprende además la operación de
almacenar un primero y segundo momentos de potencia de transmisión
en un canal entre el nodo de transmisión (10) y el por lo menos un
nodo de destino (15).
3. El método de la reivindicación 2, en el que
el primer momento representa la potencia de transmisión media y el
segundo momento representa variantes de la potencia de
transmisión.
4. El método de cualquiera de las
reivindicaciones 1, 2 o 3, en el que el nodo de transmisión (10)
comprende una estación base CDMA, y los nodos receptores (15)
comprenden estaciones móviles CDMA.
5. Un nodo de transmisión (10) para proporcionar
programación equitativa dependiente del canal, que comprende
- -
- una interfaz (58) adaptada para conectar con un canal entre el nodo de transmisión y por lo menos un nodo de destino;
- -
- una cola (35) asociada con el por lo menos un nodo de destino (15) adaptada para almacenar paquetes de datos para ser transmitidos al, por lo menos un nodo de destino;
- -
- una memoria (20) adaptada para almacenar datos que indican las condiciones de canal previas entre el nodo de transmisión y el por lo menos un nodo de destino; y
- -
- un programador (45) adaptado para programar la transmisión de paquetes de datos en cola en función de las condiciones de canal previamente almacenadas.
- caracterizado porque el programador está adaptado además para:
- -
- traducir y normalizar las condiciones de canal actuales con respecto a las condiciones de canal previas entre el nodo de transmisión y el por lo menos un nodo de destino;
- -
- determinar canales que tienen una potencia de transmisión más baja en respuesta a la traducción y normalización; y
- -
- programar transmisión de paquetes en cola a los canales determinados que tienen la potencia de transmisión la más baja en respuesta a la traducción y normalización.
\vskip1.000000\baselineskip
6. El nodo de transmisión de la reivindicación
5, en el que la memoria (20, 25) está adaptada para almacenar un
primero y segundo momentos de potencia de transmisión estimados en
un canal entre el nodo de transmisión y el por lo menos un nodo de
destino.
7. El nodo de transmisión de la reivindicación 5
en el que el nodo de transmisión comprende un nodo CDMA.
8. El nodo de transmisión de la reivindicación
7, en el que el canal comprende un canal de enlace descendente
compartido.
9. El nodo de transmisión (10) de la
reivindicación 7, en el que el canal comprende un canal HSDPA.
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