ES2361893A1 - Método y sistema para seleccionar dinámicamente el alcance de celda de una estación base. - Google Patents
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Abstract
Método y sistema para seleccionar dinámicamente un alcance de celda de una estación base.Método y sistema para seleccionar dinámicamente un alcance de celda (1, 2) de una estación base (3) conectada a equipos de usuario (4, 4'', 4''''), según las distancias (5, 5'', 5'''') entre cada uno de los equipos de usuario (4, 4'', 4'''') y la estación base (3), y el porcentaje de una capacidad de banda base máxima de la estación base (3) usada por conexiones con los equipos de usuario (4, 4'',4'''').
Description
Método y sistema para seleccionar dinámicamente
un alcance de celda de una estación base.
La presente invención tiene su aplicación dentro
del sector de las telecomunicaciones y, especialmente, en el área
industrial encargada de proporcionar a las redes de acceso radio
(RAN, del inglés "Radio Access Network") elementos de
infraestructuras celulares tales como controladores de estación base
(BSC, del inglés "Base Station Controller") y estaciones base
(nodos B) para sistemas de comunicaciones inalámbricas.
Más específicamente, se refiere a la selección
de alcance de celda en tales redes.
En las redes inalámbricas, el alcance de una
celda (es decir, la distancia por debajo de la cual una estación
base es capaz de conectar y proporcionar servicios a un equipo de
usuario (UE, del inglés "User Equipment")) depende de la
longitud de una ventana en la que la estación base está configurada
para esperar mensajes de RACH (canal de acceso aleatorio, del inglés
"Random Access Channel"). Esto significa que, para una longitud
fija de esta ventana, sólo los UE dentro de una distancia
determinada desde la estación base pueden establecer una conexión
con la estación base, mientras que la estación base no puede dar
servicio a los UE que están a una distancia mayor que dicha
distancia, incluso aunque las condiciones físicas (por ejemplo,
potencia de señal recibida) permitan dicho
servicio.
servicio.
La cobertura de una celda depende, por tanto, de
la implementación del fabricante, y puede, en la mayoría de los
casos, conmutarse manualmente entre dos alcances, correspondientes a
dos modos de operación:
- Alcance de celda normal, con valores típicos
de entre 30 y 40 kilómetros.
- Alcance de celda ampliado, que permite a la
estación base dar servicio a los UE dentro del alcance máximo
posible (normalmente, hasta 100 Km). En este caso, la propagación se
vuelve un factor limitante, que requiere por tanto muy buenas
condiciones de propagación para poder proporcionar servicio hasta
ese alcance máximo. Los escenarios típicos en los que las
condiciones de propagación pueden permitir explotar completamente el
alcance de celda ampliado incluyen terrenos llanos y el mar,
habitualmente con una baja densidad de los UE.
No obstante, incluso en escenarios en los que el
alcance de celda ampliado puede activarse sin verse afectado por
problemas en las condiciones de propagación, el alcance de celda
ampliado presenta un inconveniente fundamental, a saber, su consumo
de capacidad de banda base es mucho mayor que el consumo de
capacidad de banda base del alcance de celda normal (normalmente 2 ó
3 veces mayor).
Por este motivo, usar el alcance de celda
ampliado como una configuración fija, e ignorar la situación del
escenario en un instante dado, puede dar como resultado un
desperdicio de recursos, mientras que limitar la estación base al
alcance de celda normal puede dejar sin servicio a los UE dentro del
alcance máximo de la estación base, incluso en condiciones de bajo
consumo de capacidad de banda base.
La presente invención resuelve los problemas
mencionados anteriormente dando a conocer un método que conmuta
dinámicamente entre dos modos de operación de una estación base en
una red móvil (por ejemplo, en una red de WCDMA, un nodo B),
correspondiéndose los dos modos de operación con dos alcances de
celda diferentes, según distancias a la estación base de los UE a
los que da servicio la estación base, y según la capacidad de banda
base de la estación base consumida por las conexiones con dichos UE.
Se obtiene, por tanto, un equilibrio entre la cobertura de la
estación base y su consumo de banda base, estando adaptado a la
situación actual del escenario en un instante
dado.
dado.
La estación base a la que el método se aplica es
capaz de operar usando al menos dos modos de operación
diferentes:
- -
- un primer modo de operación usando el cual la estación base es capaz de dar servicio a los UE dentro de un primer alcance de celda;
- -
- un segundo modo de operación usando el cual la estación base es capaz de dar servicio a equipos de usuario dentro de un segundo alcance de celda, que es más amplio que el primer alcance de celda. Usando este segundo modo de operación, se consigue un mayor alcance, pudiendo dar servicio a los UE cuya distancia a la estación base es mayor que en el primer modo de operación, que tiene habitualmente el inconveniente de un consumo de capacidad de banda base mayor en la estación base.
\newpage
Para seleccionar el modo de operación más
apropiado en cada instante, el método controla tanto la distancia de
cada UE a la estación base como la capacidad de banda base consumida
por los UE y combina esta información para conmutar al primer o
segundo modo de operación según las etapas siguientes:
- -
- medir las distancias entre la estación base y cada uno de los UE a los que está dando servicio la estación base, es decir, los UE que están dentro del alcance de celda de la estación base. Estas distancias se miden preferentemente por medio de mediciones de tiempo de retardo de viaje de ida y vuelta (RTT, del inglés "Round Trip delay Time"), que miden la distancia entre la estación base y un UE según una cantidad de tiempo requerida para enviar una señal desde la estación base a un UE y de vuelta desde el UE a la estación base.
- -
- Medir el porcentaje total de la capacidad de banda base máxima de la estación base usada por las conexiones con los UE, es decir, la suma del consumo de capacidad de banda base de las conexiones con cada UE al que está dando servicio la estación base dividida por la capacidad de banda base máxima de la estación base.
- -
- Si la estación base está operando usando el primer modo de operación, el método conmuta la estación base al segundo modo de operación cuando se cumple cualquiera o ambas de las siguientes condiciones:
- -
- la distancia desde al menos un UE a la estación base es mayor que el primer alcance de celda menos una distancia de margen predefinida, lo que significa que un usuario está cerca del límite del área en la que la estación base es capaz de proporcionar servicio y el alcance de celda, por tanto, ha de aumentarse.
- -
- El porcentaje total de la capacidad de banda base máxima de la estación base usada por las conexiones con los equipos de usuario es más bajo que un umbral predefinido más un margen de histéresis predefinido. Con esta última condición, el alcance de celda más amplio (segundo modo de operación) se selecciona siempre que la carga de tráfico actual sea lo bastante baja como para manejarse por la estación base incluso con el aumento del consumo de banda base que implica el segundo modo de operación.
- -
- Si la estación base está operando usando el segundo modo de operación, la estación base conmuta de vuelta al primer modo de operación cuando se cumplen ambas de las siguientes condiciones de forma simultánea:
- -
- el porcentaje total de la capacidad de banda base máxima de la estación base usada por las conexiones con los equipos de usuario es mayor que un umbral predefinido, lo que significa que los UE están usando la mayoría de o todos los recursos disponibles y el servicio se beneficiaría de conmutar al primer modo de operación.
- -
- La distancia desde cada uno de los UE a la estación base es menor que el primer alcance de celda menos la distancia de margen predefinida, lo que significa que todos los usuarios están ubicados dentro del primer alcance de celda y que, al conmutar al primer modo de operación, no se deja sin servicio a ningún UE al que esté dándose servicio.
\vskip1.000000\baselineskip
Preferentemente, el método puede o bien
implementarse completamente por la estación base, o dividirse entre
la estación base y un controlador de estación base (por ejemplo, en
una red de WCDMA, un controlador de red radio), encargándose el
último de tomar las decisiones de cuándo conmutar el modo de
operación de la estación base según el método descrito.
En otro aspecto de la presente invención, se da
a conocer un sistema para realizar el método descrito. El sistema
comprende:
- -
- medios de medición en la estación base, configurados para medir las distancias entre la estación base y cada uno de los UE (preferentemente medidas por medio de mediciones de RTT) y el porcentaje total de la capacidad de banda base máxima de la estación base usada por las conexiones con los UE.
- -
- Medios de conmutación configurados para conmutar el modo de operación de la estación base según las condiciones descritas para el método de la invención.
\vskip1.000000\baselineskip
Hay dos opciones preferidas para el sistema:
- -
- implementación completa en la estación base, es decir, no sólo los medios de medición sino también los medios de conmutación se implementan completamente en la estación base. Esta opción tiene la ventaja de no necesitar ningún intercambio de mensajes con un controlador de estación base y una actualización inmediata de las mediciones realizadas por la estación base con el fin de determinar si el modo de operación va a conmutarse.
- -
- Las decisiones acerca de cuándo conmutar el modo de operación de la estación base se realizan por un controlador de estación base. Con el fin de hacer eso, el sistema comprende además medios de transmisión en la estación base, configurados para informar a un controlador de estación base de las distancias medidas y del porcentaje total de la capacidad de banda base máxima de la estación base usada por las conexiones con los equipos de usuario; y medios de petición en el controlador de estación base (como parte de los medios de conmutación) configurados para enviar peticiones a la estación base para conmutar el modo de operación de estación base siempre que lo determinen las condiciones descritas del método.
- La última opción, a pesar de que consume más recursos, aprovecha el controlador de estación base, que normalmente tiene más memoria para almacenar las mediciones de la estación base.
\vskip1.000000\baselineskip
Una ventaja fundamental de la presente invención
es que permite a una estación base proporcionar servicio al área más
amplia posible (optimizando por tanto la cobertura y el número de
usuarios a los que se da servicio), a la vez que se ahorra capacidad
de banda base siempre que es posible (mejorando por tanto el
servicio ofrecido a los usuarios).
Con el propósito de ayudar a una mejor
comprensión de las características de la invención según una
realización práctica preferida de la misma y con el fin de
complementar esta descripción, se adjunta la siguiente figura como
una parte integral de la misma, que tiene un carácter ilustrativo y
no de limitación:
la figura 1 muestra un esquema ilustrativo de
los elementos y distancias principales implicados en el método de la
invención.
Los contenidos definidos en esta descripción
detallada se proporcionan para ayudar a una comprensión exhaustiva
de la invención. En consecuencia, los expertos en la técnica
reconocerán que pueden hacerse cambios, variaciones y modificaciones
de las realizaciones descritas en el presente documento sin
apartarse del alcance y espíritu de la invención. También, la
descripción de funciones y elementos bien conocidos se omite con
fines de claridad y concisión.
Obsérvese que en este texto, el término
"comprende" y sus derivaciones (tales como "que
comprende", etc.) no debe entenderse en un sentido excluyente, es
decir, estos términos no deben interpretarse como que excluyen la
posibilidad de que lo que se describe y define pueda incluir
elementos, etapas, etc. adicionales.
El método y sistema descrito mediante el
presente documento puede aplicarse, por ejemplo, a redes de WCDMA
(acceso múltiple por división de código de banda ancha), en las que
las estaciones base se denominan nodos B y los controladores de
estación base se denominan RNC (controlador de red radio); redes de
LTE (evolución a largo plazo), en las que las estaciones base se
denominan eNodos B; y redes móviles de GSM, en las que las
estaciones base se denominan BTS (estación de transceptor base). Por
tanto, en el resto del documento, los términos estación base y
controlador de estación base se considera que incluyen también las
terminologías mencionadas anteriormente.
La figura 1 muestra una estación base 3 cuya
cobertura es capaz alcanzar hasta un alcance de celda normal 1 o un
alcance de celda ampliado 2, dependiendo de si la estación base está
usando, respectivamente, un primer modo de operación (denominado de
ahora en adelante modo normal) o un segundo modo de operación
(denominado de ahora en adelante modo ampliado).
Cada alcance de celda se define por una
distancia, lo que significa que la estación base es capaz de dar
servicio a todos los equipos de usuario cuya distancia a la estación
base esté por debajo de ese alcance. En el ejemplo de la figura 1,
si la estación base está operando usando el modo normal, sólo puede
darse servicio a los equipos de usuario 4 y 4', cuyas distancias a
la estación base 5 y 5' están dentro del alcance de celda normal 1.
Si la estación base está operando usando el modo ampliado, puede
darse servicio no sólo a los equipos de usuario 4 y 4', sino también
al equipo de usuario 4'', cuya distancia a la estación base 5'' es
mayor que el alcance de celda normal 1 pero es menor que el alcance
de celda ampliado 2.
Según se describe en los antecedentes de la
invención, los valores reales de estos alcances de celda varían de
un fabricante a otro, oscilando habitualmente entre 30 y 40 Km para
el alcance de celda normal, y llegando habitualmente hasta 100 Km
para el alcance de celda ampliado.
La distancia de margen 6 permite definir una
región cerca del límite del alcance de celda normal, usándose esta
región para detectar usuarios que, potencialmente, puedan dejar el
área cubierta por el modo normal. El motivo que sustenta la
definición de esta distancia de margen es que, en la mayoría de los
casos, la estación base sólo es capaz de determinar la distancia de
los usuarios dentro de su alcance de celda actual, de modo que si la
estación base está operando usando el alcance de celda normal, y hay
un equipo de usuario 4'' fuera de este alcance de celda normal, la
estación base no es capaz de detectar este equipo de usuario 4'' y
no lo tiene en cuenta para la selección del alcance de celda,
dejando por tanto al equipo de usuario 4'' sin servicio.
Con el fin de seleccionar el alcance de celda de
la estación base, el método controla lo siguiente:
- -
- El porcentaje de la capacidad de banda base máxima de la estación base 3 usada por los UE (es decir, la cantidad total usada por todas las conexiones establecidas entre la estación base y los usuarios).
- -
- Las distancias entre cada uno de los equipos de usuario y la estación base. Hay diferentes métodos que pueden proporcionar esta información de distancia, tal como RTT, OTDOA (diferencia de tiempo observada de llegada) o GPS (sistema de posicionamiento global), todos los cuales pueden usarse para implementar la presente invención.
- Además, como el método sólo requiere la distancia entre los UE y la estación base, el RTT es el método preferido para obtener esta información. La información de RTT se obtiene fácilmente debido a que es necesaria para configurar el enlace radio.
- Por el contrario, la información de GPS no se obtiene tan fácilmente puesto que el UE debe tener no sólo un juego de chips de GPS sino también el permiso explícito del cliente para que se le localice.
- También, la OTDOA requiere que se instale, en las estaciones base, hardware y software adicional.
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Cuando una celda se configura inicialmente, se
prefiere el modo ampliado como una opción por defecto con el fin de
poder detectar el máximo número de UE.
Entonces, si el porcentaje total de la capacidad
de banda base máxima usada por los UE supera un umbral predefinido,
y todos los usuarios están dentro del alcance de celda normal menos
la distancia de margen, la estación base conmuta a modo normal, para
proporcionar un ancho de banda mayor sin dejar a ningún UE sin
servicio.
Si la estación base está usando el modo normal,
y un UE se aproxima al límite del alcance de celda normal, es decir,
la distancia entre un usuario y la estación base es mayor que el
alcance de celda normal menos la distancia de margen, la estación
base se conmuta al modo ampliado para garantizar que el servicio
proporcionado a ese UE no se interrumpe si el UE deja el área
cubierta por el alcance normal.
Además de la última condición, si el porcentaje
total de la capacidad de banda base máxima usada por los UE está por
debajo del umbral menos cualquier margen de histéresis, la estación
base también conmuta a alcance de celda ampliado con el fin de tener
la máxima cobertura cuando la capacidad de banda base usada no sea
un factor limitante.
El método descrito puede implementarse
completamente en la estación base, ya que puede obtener toda la
información controlada (capacidad de banda base usada y distancia a
cada UE) y conmutar los modos de operación.
Alternativamente, la estación base puede
configurarse para informar de esta información controlada a un
controlador de estación base, que envía una petición a la estación
base cuando el modo de operación va a conmutarse. Para reducir el
ancho de banda usado por esta información, la estación base puede
configurarse para enviar sólo información relevante, es decir,
informar sólo de los eventos que puedan producir una conmutación de
modo de operación, tal como el instante en el que el porcentaje
total de la capacidad de banda base máxima de la estación base usado
por las conexiones supera el umbral predefinido o se hace inferior
al umbral predefinido más el margen de histéresis predefinido.
Claims (8)
1. Método para seleccionar dinámicamente un
alcance de celda (1, 2) de una estación base (3) conectada a equipos
de usuario (4, 4', 4'') en una red móvil, estando cada uno de los
equipos de usuario (4, 4', 4'') a una distancia (5, 5', 5'') de la
estación base (3), y donde conexiones con los equipos de usuario
usan un porcentaje de una capacidad de banda base máxima de la
estación base (3), en el que la estación base (3) es capaz de operar
usando al
menos:
menos:
- un primer modo de operación usando el cual la
estación base (3) es capaz de dar servicio a equipos de usuario (4,
4') dentro de un primer alcance de celda (1);
- un segundo modo de operación usando el cual la
estación base (3) es capaz de dar servicio a equipos de usuario (4,
4', 4'') dentro de un segundo alcance de celda (2) que es más amplio
que el primer alcance de celda (1); en el que el método comprende
las etapas de:
(i) medir las distancias entre la estación base
y cada uno de los equipos de usuario a los que está dando servicio
la estación base;
(ii) medir el porcentaje total de la capacidad
de banda base máxima de la estación base (3) usada por las
conexiones con los equipos de usuario;
(iii) si la estación base (3) está operando
usando el primer modo de operación y, al menos una de las distancias
(5, 5') entre cada uno de los equipos de usuario (4, 4') y la
estación base (3) es mayor que el primer alcance de celda (1) menos
una distancia de margen predefinida (6) y/o el porcentaje total de
la capacidad de banda base máxima de la estación base (3) usada por
las conexiones con los equipos de usuario (4, 4') es menor que un
umbral predefinido más un margen de histéresis predefinido, conmutar
el modo de operación de estación base (3) al segundo modo de
operación;
(iv) si la estación base (3) está operando
usando el segundo modo de operación, y todas las distancias (5, 5',
5'') entre cada uno de los equipos de usuario (4, 4', 4'') y la
estación base (3) son menores que el primer alcance de celda (1)
menos la distancia de margen predefinida (6), y el porcentaje de la
capacidad de banda base-máxima de la estación base
(3) usada por las conexiones con los equipos de usuario (4, 4', 4'')
es mayor que el umbral predefinido, conmutar el modo de operación de
estación base al primer modo de operación.
\vskip1.000000\baselineskip
2. Método según la reivindicación 1, en el que
la etapa de medir las distancias entre cada uno de los equipos de
usuario a los que está dando servicio la estación base y la estación
base (3) se realiza por la estación base (3) por medio de mediciones
de tiempo de retardo de viaje de ida y vuelta.
3. Método según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que las etapas (i) a (iv) son
realizadas por la estación base (3).
4. Método según cualquiera de las
reivindicaciones 1 y 2, en el que el método comprende además una
etapa de informar por parte de la estación base (3) a un controlador
de estación base de las distancias entre cada uno de los equipos de
usuario a los que está dando servicio la estación base y la estación
base (3) y del porcentaje total de la capacidad de banda base máxima
de la estación base (3) usada por las conexiones con los equipos de
usuario; y en el que las etapas (i) y (ii) son realizadas por la
estación base (3) y las etapas (iii) y (iv) son iniciadas por el
controlador de estación base por medio de peticiones enviadas desde
el controlador de estación base a la estación base
(3).
(3).
5. Sistema para seleccionar un alcance de celda
de una estación base (3) en una red móvil que comprende:
- la estación base (3), que es capaz de operar
usando:
- -
- un primer modo de operación usando el cual la estación base (3) es capaz de dar servicio a equipos de usuario (4, 4') dentro de un primer alcance de celda (1);
- -
- un segundo modo de operación usando el cual la estación base (3) es capaz de dar servicio a equipos de usuario (4, 4', 4'') dentro de un segundo alcance de celda (2) que es más amplio que el primer alcance de celda (1);
- los equipos de usuario conectados a la
estación base (3), estando cada uno de los equipos de usuario a una
distancia de la estación base (3) y donde conexiones con los equipos
de usuario usan un porcentaje de una capacidad de banda base máxima
de la estación base (3);
\newpage
en el que el sistema comprende además:
- medios de medición en la estación base (3)
configurados para medir las distancias entre los equipos de usuario
a los que está dando servicio la estación base y la estación base
(3), y el porcentaje total de la capacidad de banda base máxima de
la estación base (3) usada por las conexiones con los equipos de
usuario;
- medios de conmutación configurados para:
- -
- si la estación base (3) está operando usando el primer modo de operación y, al menos una de las distancias (5, 5') entre cada uno de los equipos de usuario (4, 4') y la estación base (3) es mayor que el primer alcance de celda (1) menos una distancia de margen predefinida (6) y/o el porcentaje total de la capacidad de banda base máxima de la estación base (3) usada por las conexiones con los equipos de usuario (4, 4') es menor que un umbral predefinido más un margen de histéresis predefinido, conmutar el modo de operación de estación base (3) al segundo modo de operación;
- -
- si la estación base (3) está operando usando el segundo modo de operación, y todas las distancias (5, 5', 5'') entre cada uno de los equipos de usuario (4, 4', 4'') y la estación base (3) son menores que el primer alcance de celda (1) menos la distancia de margen predefinida (6), y el porcentaje de la capacidad de banda base máxima de la estación base (3) usada por las conexiones con los equipos de usuario (4, 4', 4'') es mayor que el umbral predefinido, conmutar el modo de operación de estación base al primer modo de operación.
\vskip1.000000\baselineskip
6. Sistema según la reivindicación 5, en el que
los medios de medición están configurados para medir las distancias
entre cada uno de los equipos de usuario a los que está dando
servicio la estación base y la estación base (3) por medio de
mediciones de tiempo de retardo de viaje de ida y vuelta.
7. Sistema según cualquiera de las
reivindicaciones 5 y 6, en el que los medios de conmutación están
comprendidos en la estación base.
8. Sistema según cualquiera de las
reivindicaciones 5 y 6, en el que:
- el sistema comprende además medios de
transmisión en la estación base configurados para informar a un
controlador de estación base de las distancias entre cada uno de los
equipos de usuario a los que está dando servicio la estación base y
la estación base (3) y del porcentaje total de la capacidad de banda
base máxima de la estación base (3) usada por las conexiones con los
equipos de usuario;
- y los medios de conmutación comprenden medios
de petición en el controlador de estación base configurados para
enviar peticiones a la estación base (3) para conmutar el modo de
operación de estación base (3).
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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