ES2569224T3

ES2569224T3 - Procedimiento y aparato para la asignación de canales y control de admisión de llamadas en sistemas de comunicaciones de acceso múltiple por división espacial (sdma)

Info

Publication number: ES2569224T3
Application number: ES03009674.7T
Authority: ES
Inventors: Louis C. Yun; Bjorn E. Ottersten
Original assignee: Intel Corp
Current assignee: Intel Corp
Priority date: 1996-12-31
Filing date: 1997-12-30
Publication date: 2016-05-09
Anticipated expiration: 2017-12-30
Also published as: CN100380991C; EP1339245B1; EP0956716B1; CN101039501B; EP1339245A1; JP2001507889A; BR9714121A; CN101039501A; CA2274508A1; EP0956716A1; JP4583509B2; US5886988A; ATE542388T1; CN1242909A; EP0956716A4; WO1998030047A1; AU5714898A

Abstract

Un procedimiento de asignación de canal (600) en una estación base en una célula de un sistema de comunicaciones inalámbricas entre la estación base y una estación de abonado, presentando el sistema de comunicaciones inalámbricas canales convencionales diferenciados mediante asignaciones de frecuencia, tiempo o código, o mediante alguna combinación de estas asignaciones, estando caracterizado el procedimiento por: recibir (604) desde la estación de abonado mediciones de niveles de señal recibidos de enlace descendente notificadas en cada canal de enlace descendente; estimar (605), a partir de los niveles de señal recibidos de enlace descendente notificados, un nivel de interferencia más ruido recibido de enlace descendente que se obtendría para cada canal convencional existente si la estación de abonado se asignara a un canal de enlace descendente convencional dado; calcular un coste (611) para cada canal de enlace descendente convencional existente usando una función de coste prefijada basada en los niveles estimados de interferencia más ruido recibidos de enlace descendente; seleccionar (617), para su asignación a la estación de abonado, un canal de enlace descendente convencional que tenga un coste calculado mínimo de entre los canales de enlace descendente convencionales existentes; asignar (620) a la estación de abonado un canal de enlace descendente espacial en el canal de enlace descendente convencional seleccionado si el canal de enlace descendente convencional seleccionado se está usando en la célula.

Description

imagen1

imagen2

imagen3

imagen4

imagen5

imagen6

necesidad de volver a calcularla para la asignación de canal. Por tanto, los cálculos requeridos por la ecuación (1) son mínimos.

Otra mejora en la asignación de canal se obtiene con el procedimiento de asignación de canal de calidad predicha prediciendo la calidad de comunicación que se obtendrá al asignar una nueva conexión a un canal convencional particular. Esto se consigue estimando la potencia de señal y la potencia de interferencia más ruido que un nuevo abonado experimentará en cada canal convencional si se asigna a ese canal usando un modelo del entorno de RF y el procesamiento SDMA, sin asignar realmente la llamada a ningún canal convencional.

Denote

imagen7la matriz de covarianza muestral antes de que el nuevo abonado se asigne al canal convencional k, y denote la matriz de covarianza predicha si el nuevo abonado se asignara al y estuviera activo en el canal imagen8

convencional k. Como se ha descrito anteriormente, puede calcularse como una estimación no estructurada imagen9

(ecuación (2)) o como una estimación estructurada (ecuación (3)). En el ejemplo preferido, la relación entre imagen10y

se modela como

imagen11

una cantidad escalar que representa la potencia de transmisión del nuevo abonado en el canal convencional k. En el ejemplo preferido, los pesos de desmultiplexación espacial de enlace ascendente,

imagen12para el nuevo abonado

en el canal convencional k se expresan como el vector de columnas

imagen13

calcular la inversa es costoso desde un punto de vista computacional. Sin embargo, aprovechando el modelo para imagen14en la ecuación (5) e invocando la fórmula de inversión de Sherman-Morrison ("Matrix Computationsimagen15", Golub et al., The Johns Hopkins University Press, Baltimore, MD, 1983, página 3), la inversa de

puede expresarse como

imagen16

Por tanto, usando esta expresión, el proceso de inversión matricial se ha reducido a una serie de cálculos de multiplicación de matrices más sencillos. Además, debe observarse que en un sistema SDMA típico, la inversa de la imagen17

matriz de covarianza muestral antes de que el nuevo abonado se asigne al canal convencional k,

se ha calculado y se actualiza continuamente como parte del procesamiento espacial para los abonados ya activos en cada canal convencional k, haciendo innecesario calcularla cuando se usa la ecuación (7).

La potencia de señal de enlace ascendente predicha que se obtendrá con la asignación del nuevo abonado al canal imagen18

k,

se estima como

imagen19

imagen20

Después de calcular

imagen21y

imagen22para cada canal convencional k, la relación de señal a interferencia más ruido (SINR) de enlace ascendente de la nueva conexión en cada canal k se estima como

imagen23

imagen24

de baja complejidad como un medio para seleccionar un pequeño subconjunto de los canales convencionales menos costosos y aplicando después el procedimiento predictivo de calidad más óptimo al pequeño subconjunto para seleccionar el mejor canal convencional.

5 En la descripción anterior se ha considerado la asignación de canales de enlace ascendente desde los abonados a la estación base. Ahora se considera la asignación de canales de enlace descendente desde la estación base a las estaciones de abonado.

Durante la fase inicial de un establecimiento de llamada, por ejemplo, la estación de abonado puede medir los niveles de potencia recibidos de enlace descendente en todos los canales convencionales y notificar las mediciones a la estación base. Este procedimiento se prefiere si no introduce una latencia excesiva (tiempo de establecimiento). Como alternativa, cada estación de abonado puede consultar periódicamente los niveles de potencia recibidos de enlace descendente en todos los canales convencionales siempre que no esté realizando de manera activa una llamada. Los niveles de potencia recibidos pueden enviarse a la estación base a través de canales inactivos a

15 intervalos prefijados, o los niveles de potencia pueden almacenarse y actualizarse en la estación de abonado y, después, todos o un subconjunto de los niveles de potencia pueden comunicarse a la estación base cuando se establece una llamada. Usando estos procedimientos, la estación base tiene un registro reciente de los niveles de potencia recibidos en todos o en un subconjunto de los canales convencionales para nuevos abonados.

En una realización, el nivel de potencia recibido medido por el nuevo abonado en el canal convencional imagen25k, Pk, se usa

como una estimación de la potencia de interferencia más ruido de enlace descendente imagen26en un canal convencional k. Como alternativa, la estimación de

puede refinarse adicionalmente para cualquier canal convencional k que ya soporte uno o más abonados existentes en la misma célula que el nuevo abonado, introduciendo un intervalo de prueba. La duración del intervalo de prueba se elige normalmente como un pequeño

25 múltiplo (por ejemplo, entre uno y cinco) del periodo entre actualizaciones de los pesos de multiplexación de enlace descendente por medio del SDMAP de la Fig. 1. Durante este intervalo de prueba, los abonados existentes en el canal k ajustan su pesos de multiplexación como si el nuevo abonado ya se hubiera asignado al canal k. Procedimientos para calcular los pesos de multiplexación espacial se describen en la solicitud de patente estadounidense n.º 08/375.848 de Barratt et al., publicada como US 2 472 980. En la última parte del intervalo de prueba, la nueva estación de abonado puede medir la potencia recibida de enlace descendente en el canal k y notificar la medición a la estación base. Al final del intervalo de prueba, los abonados existentes en el canal k reajustan sus pesos de multiplexación como si el nuevo abonado se hubiera eliminado del canal k. La estación base

puede usar entonces la potencia recibida de enlace descendente medida durante el intervalo de prueba, como

una estimación refinada de 35

La función de coste para el canal convencional k se define como

imagen27En un ejemplo, la llamada del nuevo abonado se asigna a un canal convencional con un coste aceptable. En una forma de realización, la llamada del nuevo abonado se asigna al canal convencional en el que la función de coste es mínima. Se permite la asignación de más de un abonado al mismo canal convencional si hay suficientes recursos de hardware en el canal seleccionado para soportar la nueva conexión, además de cualquier conexión existente.

Otra mejora en la asignación de canal de enlace descendente se obtiene prediciendo la calidad de comunicación que se obtendrá asignando una nueva conexión a un canal convencional particular. Esto se consigue prediciendo la SINR de enlace descendente que un nuevo abonado experimentará en cada canal convencional si se asigna a ese

45 canal, sin asignar necesariamente la llamada a ningún canal convencional.

La signatura espacial de un nuevo abonado en el enlace descendente se estima para cada canal convencional. En el caso de un sistema dúplex por división de tiempo (TDD), la signatura espacial de enlace descendente de un nuevo abonado puede estar relacionada con la signatura de enlace ascendente a través de la calibración de los dos enlaces. Una descripción del procedimiento de calibración se encuentra en la patente estadounidense n.º 5.546.090 de Roy et al. Otros procedimientos para estimar las signaturas espaciales de enlace descendente se encuentran en la solicitud de patente estadounidense n.º 08/375.848 de Barratt et al., publicada como US 2 472 980.

Después se estiman los pesos de multiplexación espacial de enlace descendente, imagen28

imagen29para el canal convencional k.

55 En un sistema TDD, los pesos de enlace descendente pueden imagen30estar relacionados con los pesos de

multiplexación espacial de enlace ascendente descritos anteriormente,

de la ecuación (6) mediante la calibración de los dos enlaces (Roy et al., patente estadounidense n.º 5.546.090). Otros procedimientos para estimar pesos de enlace descendente se encuentran en la solicitud de patente estadounidense n.º 08/375.848 de Barratt et al., publicada como US 2 472 980.

imagen31

Tras haber obtenido para el canal convencional imagen32k la signatura espacial de enlace descendente,

imagen33y el vector de

pesos de multiplexación espacial, imagen34

la potencia de señal de enlace descendente recibida por el nuevo abonado

en el canal convencional k,

puede predecirse como

imagen35

El nivel de potencia de interferencia más ruido de enlace descendente

imagen36puede estimarse mediante Pk o como se ha descrito anteriormente. La elección de imagen37Pk tiene la ventaja de ser mínimamente disruptiva para los imagen38

imagen39

abonados existentes, mientras que imagen40ofrece una mayor precisión. Un procedimiento alternativo para estimar

10 combina las ventajas de Pk y a expensas de más cálculos pero sin usar un intervalo de prueba. El procedimiento empieza con la suposición de que se conoce Pk, y construye un modelo para Pk de la siguiente manera:

imagen41

nuevo abonado cuyos pesos de multiplexación no se conocen, imagen42Nk es la contribución para la potencia recibida a partir del ruido y la interferencia,

es la matriz de pesos de multiplexación formada concatenando por columnas los pesos de multiplexación de cada abonado activo (expresados como un vector de columnas) en el canal convencional k y atendido por la estación base imagen43j, y la suma se calcula para todas la estación base imagen44j en las que se

20 conocen las matrices de pesos y las signaturas espaciales . Por ejemplo, puede consistir en los pesos de los abonados activos en el canal imagen45k atendidos por la misma estación base que la de la nueva llamada, y

imagen46

posteriormente se calculan , la signatura espacial de transmisión correspondiente en el canal imagen47k de esta estación base para la nueva llamada, y , la matriz de pesos de multiplexación para abonados activos en el canal k atendidos por la estación base imagen48 imagen49j que tiene en cuenta la presencia del nuevo abonado. Hay muchas maneras

25 de calcular . Por ejemplo, puede formarse como

imagen50

donde Ak,j es una matriz que se forma concatenando por columnas las signaturas espaciales conocidas en la imagen51

30 estación base j del abonado activo en el en canal convencional k, es la seudoinversa de Ak,j (véase el documento "Matrix Computations", Golub et al., The Johns Hopkins University Press, Baltimore, MD, 1983), Sk,j es una matriz diagonal de las amplitudes de señal (que puede ser cero si el abonado no está comunicándose con la estación base j). Debe observarse que la solicitud de patente estadounidense n.º 08/375.848, publicada como US 2 472 980, usa notaciones matriciales y vectoriales que difieren de la notación usada en la presente invención. Sin

35 embargo, a los expertos en la técnica tales diferencias les resultarán evidentes a partir del contexto.

En el ejemplo ilustrativo,

imagen52puede calcularse entonces a partir de

imagen53

donde

imagen54es la signatura espacial de enlace descendente en el canal convencional k imagen55desde la estación base j al nuevo abonado, S̃k,j es una matriz diagonal de amplitudes de señales de transmisión, y imagen56es la submatriz que se

forma excluyendo la fila inferior de La potencia de interferencia más ruido de enlace descendente puede predecirse entonces como

imagen57

imagen58

La SINR de enlace descendente predicha del abonado activo imagen59i en el canal convencional k,

imagen60se calcula

entonces como

Como se mencionado anteriormente, el efecto de la distorsión de intermodulación es una consideración importante 5 para los transmisores y receptores de radio de banda ancha, y puede tenerse en cuenta durante la asignación de canal por dos procedimientos basados en el factor de cresta de la señal de RF compuesta:

(1) aumentando la función de coste para penalizar selecciones de canal que puedan aumentar

considerablemente la distorsión de intermodulación predicha mediante un aumento importante del factor de 10 cresta; o

(2) añadiendo una restricción al proceso de asignación de canal que prohíba la selección de cualquier canal que haga que el factor de cresta de la señal de RF de banda ancha compuesta supere un nivel aceptable prefijado.

15 En aras de la claridad, en el siguiente análisis se asociará un transmisor de radio de banda ancha al canal de enlace descendente y un receptor de banda ancha al canal de enlace ascendente. Los expertos en la técnica reconocerán que los procedimientos de asignación de canal descritos en el presente documento que tienen en cuenta la distorsión no lineal pueden aplicarse a un transmisor o un receptor de banda ancha utilizado en el enlace ascendente o en el enlace descendente. En un transmisor de radio de banda ancha, los niveles de distorsión de

20 intermodulación son más severos cuando se transmiten una o algunas frecuencias (subbandas) portadoras de canal de enlace descendente a niveles mucho más altos que el resto, ya que los productos de la intermodulación tienden a tener picos espectrales prominentes, mientras que las señales de RF de banda ancha compuestas que tienen distribuciones espectrales más uniformes tienden a producir productos de intermodulación de banda ancha más uniformes. Una situación análoga se produce en un receptor de radio de banda ancha, en el que la distorsión de

25 intermodulación producida por mezcladores de RF, amplificadores de bajo ruido, etc., tiende a ser la más severa si una o algunas frecuencias (subbandas) portadoras de canal de enlace ascendente tienen niveles de potencia recibidos mucho más altos que el resto. El factor de cresta, que se define como una relación de potencia pico en una subbanda dada de una señal de radiodifusión con la potencia promediada con respecto al ancho de banda total de la señal de RF compuesta, es una medida de magnitud de los picos espectrales problemáticos. Puesto que la

30 asignación de canales espaciales puede aumentar significativamente la potencia de transmisión (recibida) en una subportadora de canal convencional de enlace descendente (de enlace ascendente) dado mediante la asignación de múltiples abonados con diferentes signaturas espaciales al mismo canal convencional, el factor de cresta es una herramienta importante para predecir la distorsión de intermodulación. Además, un sistema de radio de banda ancha que usa TDMA puede crear grandes picos de potencia temporales durante algunas ranuras de tiempo debido a las

35 asignaciones de canal de abonado. Las crestas espectrales y temporales son consideraciones importantes.

Para radio de banda ancha en una combinación de TDMA/FDMA, el control de la distorsión de intermodulación debida a crestas temporales y de frecuencia se basa en predecir el factor de cresta que se obtendría asignando un abonado a un canal convencional particular de enlace descendente o de enlace ascendente, a una ranura de tiempo

40 y a un canal espacial. El factor de cresta temporal de enlace ascendente (de enlace descendente), Ci, durante la ranura de tiempo i de enlace ascendente (de enlace descendente) se define como

imagen61

45 donde L es el número de frecuencias de portadora de enlace ascendente (de enlace descendente), di,l es el número de canales espaciales en la frecuencia de portadora l de enlace ascendente (de enlace descendente) y en la ranura de tiempo i de enlace ascendente (de enlace descendente), y Pi,j,l es la potencia recibida (de transmisión) de un abonado en una frecuencia portadora l de enlace ascendente (de enlace descendente), en una ranura de tiempo i de enlace ascendente (de enlace descendente) y en un canal espacial j de enlace ascendente (de enlace

50 descendente). Sea el factor de cresta máximo de enlace ascendente (de enlace descendente) en las ranuras de tiempo i de enlace ascendente (de enlace descendente):

imagen62

55 En un ejemplo preferido, el factor de cresta máximo de enlace ascendente (de enlace descendente), Cmax, puede usarse en cualquiera de los procedimientos de asignación de canal de enlace ascendente (de enlace descendente) descritos anteriormente como una restricción adicional, comparando su valor con un nivel de umbral prefijado y prohibiendo la selección de canal si se supera el nivel de umbral. El nivel de umbral prefijado se obtiene midiendo el nivel de distorsión de intermodulación del MCPA particular en función del factor de cresta, en el caso del enlace

descendente; o midiendo el nivel de distorsión de intermodulación de la cadena de receptores analógicos de agregación, en el caso del enlace ascendente.

Como alternativa, la función de coste ck para el canal convencional k calculada por cualquier procedimiento de asignación de canal descrito anteriormente puede aumentarse por el factor de cresta de la siguiente manera:

imagen63

donde λ es una constante definida por el usuario que determina la importancia relativa del factor de cresta Cmax con 10 respecto a ck.

Aunque la descripción para la consideración de la distorsión de intermodulación en la asignación de canal se ha ofrecido en lo que respecta a un sistema TDMA/FDMA combinado, la invención puede aplicarse igualmente a sistemas TDMA o FDMA puros, que pueden tratarse como casos especiales del sistema combinado.

15 La Fig. 3(a) es un diagrama de flujo del procedimiento de correlación ponderada 300 para la asignación de canal descrita anteriormente. En la etapa 301 se inicializa en índice de canal k. En la etapa 302 se comprueban los recursos de hardware para el canal convencional k y, si no son adecuados, el índice de canal se incrementa en la etapa 309 y el proceso vuelve a la etapa 302. Si los recursos de hardware son adecuados, la signatura espacial de

20 recepción del nuevo abonado en el canal candidato k se estima o, si no, se obtiene de una base de datos en la etapa 303. La matriz de covarianza se calcula en la etapa 304 usando los procedimientos de las Fig. 3(b) o 3(c). La función de coste para el canal convencional k se calcula en la etapa 305 según la ecuación (1), usando la signatura espacial del nuevo abonado de la etapa 303 y la matriz de covarianza de la etapa 304. En la etapa 306, el canal convencional k se comprueba para ver si se satisface alguna restricción adicional (por ejemplo, el coste calculado es

25 inferior a un umbral prefijado y/o el factor de cresta máximo de enlace ascendente es inferior a un umbral prefijado) y, si no, el proceso avanza hasta la etapa 308. En caso contrario, el canal convencional k se añade a una lista de canales candidatos que se tendrán en cuenta para la asignación en la etapa 307. Si, en la etapa 308, todos los canales se han examinado, el proceso avanza hasta la etapa 310. En caso contrario, el proceso vuelve a la etapa 309 para aumentar el índice de canal y para otra iteración a través de las etapas 302 a 308. La etapa 310

30 comprueba si la lista de candidatos tiene algún canal candidato y, si no, la llamada no se asigna en esta estación base en la etapa 311, es decir, no se realiza ninguna asignación. En caso contrario, en la etapa 312 se selecciona el mejor canal k. En un ejemplo, el mejor canal es cualquier canal con un coste que sea inferior a un mínimo prefijado, por ejemplo, el primer canal encontrado que tenga un coste inferior al mínimo prefijado. (Por ejemplo, el mínimo prefijado puede elegirse como un nivel de coste que corresponda a la máxima tasa de errores de bit permisible entre

35 un abonado y una estación base). En el ejemplo preferido, el mejor canal es el canal con el coste mínimo. Si, en la etapa 313, se determina que el canal seleccionado k no está usándose en la célula, el canal convencional k se asigna al nuevo abonado en la etapa 314. Si el canal convencional k está usándose por un abonado en la célula, un canal espacial, que usa el canal convencional k, se asigna al nuevo abonado en la etapa 315.

40 La Fig. 3(b) es un diagrama de flujo para el procedimiento no estructurado 370 para estimar la matriz de covarianza imagen64

muestral En la etapa 371 se realizan mediciones de vectores de señales recibidas de estación base, {imagen65z(k)(i)}, del

sistema de antenas para cada canal convencional k, y en la etapa 372 se calcula la estimación usando la ecuación (2).

45 La Fig. 3(c) es un diagrama de flujo del procedimiento estructurado 350 para estimar la matriz de covarianza imagen66

muestral

En la etapa 351, las potencias de transmisión (TX) de los abonados cocanal activos para cada canal convencional se obtienen de una base de datos o, si no, se miden. En la etapa 352 se estiman las signaturas imagen67 imagen68

espaciales de los abonados activos cocanal. En la etapa 353 se calcula la cantidad , donde Ak y son términos como los definidos anteriormente en relación con la ecuación (3). En la etapa 354, la matriz de covarianza imagen69

50 de ruido más interferencia, puede estimarse midiendo la señal recibida de ruido y de interferencia intercelular en cada receptor de elemento de antena o usando las signaturas espaciales y las potencias de transmisión de todos los abonados activos fuera de la célula de estación base, si están disponibles, como se ha descrito anteriormente imagen70

con respecto a la ecuación (4). La estimación estructurada de la matriz de covarianza muestral

se calcula en la etapa 355 usando la ecuación (3). 55 La Fig. 4 es un diagrama de flujo del procedimiento predictivo de asignación de canal 400, en el que se supone que imagen71 imagen72

se conoce la matriz de covarianza para cada canal convencional k, su inversa,

la potencia de transmisión de nuevo abonado, rss, y la signatura espacial de nuevo abonado, ak. El índice de canal se inicializa (k=1) en la etapa 401. En la etapa 402 se comprueban los recursos de hardware requeridos del canal k y, si no son

adecuados, el índice de canal se incrementa en la etapa 411 y el proceso vuelve a la etapa 402. En caso contrario, imagen73 imagen74

la matriz de covarianza existente, se actualiza a en la etapa 403 con la adición de los efectos predichos imagen75

de la presencia del nuevo abonado según la ecuación (5). En la etapa 404, la matriz inversa se calcula

según la ecuación (7) y después se usa en la etapa 405 para calcular los pesos de desmultiplexación SDMA, imagen76

imagen77

5 según la ecuación (6). En la etapa 406, la potencia de enlace ascendente recibida predicha, imagen78las interferencias,

y la SINR que se obtendría si la nueva conexión se asignara al canal convencional k se calculan para todos los canales convencionales usando las ecuaciones (8), (9) y (10), respectivamente. En la etapa 407 se calcula un coste imagen79

(tal como o –SINRk). En la etapa 408, un canal convencional k se comprueba para ver si se cumple alguna restricción adicional. En un ejemplo, la restricción incluye que la SINR predicha de la nueva conexión sea mayor que 10 un umbral prefijado. Además, una restricción adicional puede incluir que las SINR predichas de llamadas activas en el canal convencional k, calculadas usando las ecuaciones (11), (12) y (13), también superen algún umbral prefijado. También puede imponerse una restricción opcional de que el factor de cresta máximo de enlace ascendente sea inferior a algún umbral prefijado. Si no se satisface ninguna de las restricciones, el proceso avanza hasta la etapa

410. En caso contrario, el canal convencional k se añade a la lista de candidatos en la etapa 409. En la etapa 410 se

15 comprueba si se han procesado todos los canales convencionales y, si no, el índice de canal se incrementa en la etapa 411 y el proceso itera a través de las etapas 402 a 410. En caso contrario, en la etapa 412 se determina si la lista de candidatos está vacía y, si es así, la nueva conexión en esta estación base se deja sin asignar (etapa 413). Si la lista de candidatos no está vacía, en la etapa 414 se selecciona el canal que satisfaga el requisito prefijado para el mejor canal (como se ha descrito anteriormente). Si, en la etapa 415, se determina que el canal seleccionado

20 k está usándose en la célula, un canal espacial que usa el canal convencional k se asigna a la nueva conexión en la etapa 417. En caso contrario, el canal convencional k se asigna a la nueva conexión en la etapa 416.

La Fig. 5 es un diagrama de flujo del procedimiento jerárquico 500 para la asignación de canal de enlace ascendente. En la etapa 501, el procedimiento de asignación de correlación ponderada 300, se invocan las etapas

25 301 a 309 para producir un conjunto de canales candidatos junto con sus costes. En la etapa 502 se selecciona un subconjunto de canales convencionales de bajo coste a partir del conjunto de todos los candidatos. En la etapa 503 se aplica el procedimiento predictivo de asignación 400 al subconjunto de canales convencionales proporcionado en la etapa 502 para seleccionar el mejor canal convencional para su asignación.

30 La Fig. 6 es un diagrama de flujo del procedimiento de asignación de canal de enlace descendente 600, como el descrito anteriormente. El índice de canal, k, se inicializa en la etapa 601. En la etapa 602 se determina si el canal k tiene o no los recursos de hardware requeridos y, si no, el proceso aumenta el índice de canal en la etapa 603 y después vuelve a la etapa 602 para realizar otra iteración. En caso contrario, en la etapa 604, el nuevo abonado notifica a la estación base el nivel de potencia recibido para cada canal convencional k. La medición de la potencia

35 recibida puede llevarse a cabo opcionalmente durante un intervalo de prueba, como se ha descrito anteriormente. En la etapa 605, la estación base determina el nivel de potencia de interferencia más ruido de enlace descendente, imagen80

mediante cualquiera de los tres procedimientos descritos anteriormente. En la etapa 606 se tiene en cuenta una opción: si la asignación de canal de enlace descendente va a basarse en niveles de SINR predictivos, el proceso avanza hasta la etapa 609; en caso contrario, el proceso avanza hasta la etapa 611. En la etapa 609, la estación imagen81

40 base estima el nivel de potencia recibido de enlace descendente, imagen82con la ecuación (14) usando la signatura

espacial y los pesos de multiplexación imagen83

imagen84del nuevo abonado en el canal convencional k. El coste se calcula en

la etapa 610 como es decir, el negativo de

imagen85definido en la ecuación (19). Si la opción de SINR no se selecciona en la etapa 606, se calcula un coste basado en la interferencia más el ruido, es decir, imagen86

En la etapa 612 se determina si el canal k satisface todas las restricciones. En una forma de realización, la

45 restricción incluye que la SINR predicha de la nueva conexión sea mayor que un umbral prefijado. Además, una restricción adicional puede incluir que las SINR predichas de las llamadas activas en el canal convencional k también superen algún umbral prefijado. También puede imponerse una restricción opcional de que el factor de cresta máximo de enlace descendente sea inferior a algún umbral prefijado. Véase las ecuaciones anteriores del imagen87

cálculo de para obtener más detalles para las diferentes alternativas para la determinación de la etapa 612.

50 Si, en la etapa 612, no se satisface ninguna de las restricciones, el proceso avanza hasta la etapa 614. En caso contrario, el proceso avanza hasta la etapa 613, donde el canal k se añade a la lista de canales candidatos. Si, en la etapa 614, se determina que no se han considerado todos los canales, el proceso avanza hasta la etapa 603. En caso contrario, en la etapa 615 se determina si la lista de candidatos está vacía y, si es así, la nueva llamada se deja sin asignar en esta estación base (etapa 616). Si la lista de candidatos no está vacía, en la etapa 617 se selecciona

55 el canal que satisfaga el requisito prefijado para el mejor canal (como se ha descrito anteriormente). Si, en la etapa 618, se determina que el canal seleccionado k está usándose en la célula, un canal espacial que usa el canal convencional k se asigna al nuevo abonado en la etapa 620. En caso contrario, el canal convencional k se asigna al nuevo abonado en la etapa 619.

imagen88

El segundo procedimiento, apropiado cuando se usa el procedimiento predictivo de enlace descendente o de calidad predicha de enlace ascendente para la asignación de canal, comienza en la etapa 721 (Fig. 7), donde se asigna un nivel umbral de SINR. En la etapa 722, la SINR del canal convencional seleccionado para la asignación se compara con el umbral y, si es inferior al umbral, el canal seleccionado se asigna en la etapa 723. En caso contrario, el canal

5 seleccionado se deja sin asignar en la etapa 724.

El tercer procedimiento, apropiado para cualquier procedimiento de asignación y para sistemas SDMA y diferentes a SDMA, comienza en la etapa 711 de la Fig. 7, donde se asigna un umbral de carga. En la etapa 712 se mide la carga del sistema celular y, después, en la etapa 713, se compara con el umbral de carga. Si no se supera el umbral 10 de carga, el canal seleccionado se asigna en la etapa 714. Si se supera el umbral de carga, todos los canales convencionales se dejan sin asignar en la etapa 715 hasta que la carga del sistema sea inferior al valor umbral de carga. Un procedimiento para medir la carga del sistema consiste en supervisar la tasa de traspasos intercelulares o la tasa de reasignaciones de canal (traspasos intracelulares) experimentadas por la célula. Un promedio variable en el tiempo de la tasa de traspasos a otras células, o la tasa de reasignaciones de canal dentro de la célula, puede

15 usarse para suavizar el comportamiento estocástico de estos eventos.

La Fig. 7 describe la asignación localmente, es decir, en una estación base. Cabe recordar que la asignación global puede llevarse a cabo secuencialmente o mediante una "optimización conjunta"; cuando la asignación se lleva a cabo secuencialmente entre todos los canales convencionales candidatos en todas las estaciones base asociadas, 20 cada una de las etapas 704, 715 y 724 irá seguida de un proceso de asignación de canal en la siguiente estación base, y tal proceso se repetirá en diferentes estaciones base hasta que se obtenga un canal convencional y una estación base asociada, o la llamada se deja sin asignar. Cuando la asignación se lleva a cabo mediante optimización conjunta, es decir, asignando el canal y la estación base asociada que proporcionan el mejor coste de todos los canales candidatos en todas las estaciones base asociadas, entonces las etapas de asignación de la Fig. 7

25 se modificarán para llevar a cabo la asignación del canal convencional y de la estación base asociada, y el modo de llevar a cabo tal modificación en el diagrama de flujo de la Fig. 7 resultará evidente a los expertos en la técnica.

Para ofrecer una mayor claridad en la descripción, los procedimientos descritos anteriormente estaban limitados a sistemas celulares de comunicaciones inalámbricas y ejemplos específicos pero, para los expertos en la técnica, la

30 aplicación de estas invenciones a otros sistemas de comunicación similares, tales como redes inalámbricas de área local, y a otras variantes de la forma de realización les resultará evidente a partir de las descripciones proporcionadas sin apartarse del alcance de la invención, el cual está limitado solamente por las reivindicaciones adjuntas.

35 En otro aspecto se proporciona un procedimiento de asignación de canal para su uso en un sistema de comunicaciones inalámbricas para establecer una conexión de enlace ascendente entre una nueva estación de abonado que solicita una conexión de enlace ascendente y una estación base, y para que una estación base reasigne una conexión existente a una estación de abonado, asignando la estación base un canal convencional a la estación de abonado basándose en una función de coste que indica la interferencia de enlace ascendente que

40 puede realizarse asignando un canal convencional, y para controlar las interferencias de conexiones existentes seleccionando un canal convencional con un coste aceptablemente bajo, que comprende: crear una función de coste que indica el nivel de interferencia esperado de conexiones existentes en cada canal convencional; calcular un coste para cada canal convencional usando la función de coste; y asignar un canal convencional a la estación de abonado seleccionando un canal convencional con un coste que sea inferior a un umbral de coste prefijado.

45 Preferiblemente, comprende la etapa de asignar un canal espacial al canal convencional asignado si se está usando el canal convencional asignado.

Preferiblemente, el canal convencional asignado tiene un coste mínimo.

50 Preferiblemente, la función de coste es una función cuadrática de la signatura espacial de enlace ascendente de la estación de abonado.

Preferiblemente, la función de coste es una función cuadrática ponderada de la signatura espacial de enlace 55 ascendente de la estación de abonado.

Preferiblemente, la función de coste se pondera mediante una matriz de covarianza muestral de la señal de vector recibida del sistema de antenas de estación base para un canal convencional.

imagen89

60 Preferiblemente, la función de coste, ck , se calcula como: donde ak es la signatura espacial de enlace

ascendente de canal convencional k de la estación de abonado, y es una matriz de covarianza muestral de una respuesta del sistema de antenas de estación base en el canal k.

Preferiblemente, la matriz de covarianza muestral,

imagen90se estima como un promedio de los vectores de señales recibidas, z(k)(i), en el sistema de antenas de estación base en el canal convencional k, donde i es un índice de muestra de vector de señal recibida, como

5

imagen91

Preferiblemente, la matriz de covarianza muestral,

imagen92se estima como

imagen93, donde Ak es un conjunto de signaturas espaciales que se forma concatenando por columnas todas las signaturas espaciales de estaciones de abonado que están comunicándose de manera activa con la estación base en el canal convencional imagen94k,

10 es una matriz de covarianza cuyos elementos diagonales son promedios de potencias de transmisión de imagen95

abonados que están comunicándose con la estación base, y

es una matriz de covarianza de ruido más interferencia de las señales recibidas del sistema de antenas de estación base.

Preferiblemente

imagen96se estima como

imagen97

15 donde es un conjunto de signaturas espaciales de estaciones de abonado que no están comunicándose con la estación base y que se forma concatenando por columnas las signaturas espaciales en el canal convencional imagen98k, y

imagen99

es una matriz de covarianza cuyos elementos diagonales son promedios de potencias de señales de transmisión de estaciones de abonado que no están comunicándose con la estación base, σ2 es una potencia estimada de ruido de receptor e I es una matriz identidad.

20 Preferiblemente, la creación de una función de coste se basa en al menos un factor de calidad de señal recibida de enlace ascendente seleccionado del grupo que consiste en un nivel de señal de enlace ascendente recibido, una relación de señal a interferencia más ruido, un nivel de interferencia más ruido, un nivel de ruido de intermodulación

o un factor de cresta.

25 En otro aspecto se proporciona un procedimiento de asignación de canal para su uso en un sistema de comunicaciones inalámbricas para establecer una conexión de enlace ascendente desde una nueva estación de abonado que solicita una conexión de enlace ascendente a una estación base, y para reasignar una conexión existente a una estación de abonado, asignando un canal de enlace ascendente convencional a la nueva estación

30 de abonado en función de un modelo de sistema para predecir niveles esperados de calidad de señal de enlace ascendente en cada canal convencional a partir de conexiones existentes, y para controlar la interferencia de conexiones existentes seleccionando un canal convencional con un nivel aceptable de calidad predicha, que comprende: crear un modelo del sistema de comunicaciones inalámbricas para predecir un nivel de calidad de señal recibida de enlace ascendente en cada canal de enlace ascendente convencional en función de conexiones

35 existentes; predecir la calidad de señal recibida de enlace ascendente en cada canal convencional de enlace ascendente en función del modelo y de conexiones existentes; calcular un coste predicho para cada canal convencional de enlace ascendente, en función de la calidad de señal recibida predicha usando una función de coste prefijada; y asignar un canal convencional de enlace ascendente a la nueva estación de abonado que tenga un coste predicho que sea inferior a un nivel de coste prefijado.

40 Preferiblemente, esto comprende además la etapa de asignar un canal espacial al canal convencional asignado si se está usando el canal convencional asignado y si el sistema de comunicaciones inalámbricas soporta más de un canal espacial por canal convencional.

45 Preferiblemente, la calidad de señal recibida predicha se basa en predecir un nivel de interferencia más ruido de enlace ascendente.

Preferiblemente, la calidad de señal recibida predicha se basa en predecir una relación de señal a interferencia más ruido (SINR) recibida.

50 Preferiblemente, el nivel de coste prefijado corresponde a una tasa de errores de bit recibida mínima aceptable.

Preferiblemente, el canal convencional de enlace ascendente asignado tiene un nivel de coste mínimo predicho.

55 Preferiblemente, la etapa de asignación requiere que el canal convencional asignado tenga un nivel de SINR superior a un valor mínimo prefijado.

Preferiblemente, la creación de un modelo del sistema de comunicaciones inalámbricas comprende, imagen100además,

actualizar una matriz de covarianza de señales de enlace ascendente recibidas,

enlace ascendente recibidas en la estación base antes de asignar el canal imagen101k prediciendo una matriz de covarianza actualizada, que representa señales de enlace ascendente recibidas que se obtendrían si el nuevo abonado imagen102se asignara al canal k, donde

imagen103es la signatura espacial de enlace ascendente del nuevo abonado en un canal convencional k, y

es un escalar que representa la potencia transmitida del nuevo abonado imagen104

en el canal convencional imagen105k; y calcular un vector de pesos de desmultiplexación espacial de enlace ascendente,

donde

imagen106

se obtiene a partir de la expresión

10 Preferiblemente, predecir el nivel de calidad de señal recibida de enlace ascendente en el canal imagen107k comprende:

predecir la potencia de señal recibida de enlace ascendente como predecir imagen108la potencia de interferencia más ruido de enlace ascendente para el nuevo abonado como

y

15 predecir la SINR de enlace ascendente para el canal k como

imagen109

Preferiblemente, hay una restricción para permitir solamente la asignación de un canal convencional si la asignación da como resultado una SINR de enlace ascendente predicha para todos los abonados activos usando el canal convencional que supera un nivel de SINR prefijado.

20 Preferiblemente, el coste predicho se basa en al menos un conjunto de factores de calidad predicha de señal recibida de enlace ascendente seleccionados del grupo que consiste en niveles de señal de enlace ascendente recibidos, niveles de interferencia más ruido, niveles de ruido de intermodulación y valores de factor de cresta.

25 En otro aspecto se proporciona un procedimiento de asignación de canal para su uso en un sistema de comunicaciones inalámbricas, para establecer una conexión de enlace ascendente desde una nueva estación de abonado que solicita una conexión de enlace ascendente a una estación base, y para reasignar una conexión existente a una estación de abonado, asignando un canal convencional a la estación de abonado mediante el uso de una función de coste que indica la interferencia que puede experimentarse en cada canal convencional de enlace

30 ascendente para calcular un coste para asignar cualquier canal convencional, y para controlar las interferencias de conexiones existentes seleccionando un subconjunto de canales convencionales con un coste aceptablemente bajo, y también asignando un canal convencional a la estación de abonado del subconjunto seleccionado prediciendo niveles esperados de interferencia de enlace ascendente en cada canal convencional a partir de conexiones existentes mediante el uso de un modelo de sistema, y para controlar las interferencias de conexiones existentes

35 seleccionando un canal convencional con un nivel de interferencia aceptablemente bajo, que comprende: crear una primera función de coste que representa la interferencia esperada de conexiones existentes en cada canal de enlace ascendente convencional; calcular un primer coste para cada canal de enlace ascendente convencional; seleccionar un subconjunto de canales de enlace ascendente convencionales seleccionando todos los canales de enlace ascendente convencionales con un primer coste que sea inferior a un primer nivel de coste prefijado; crear un

40 modelo del sistema de comunicaciones inalámbricas para predecir un nivel de calidad de señal recibida de enlace ascendente en cada canal de enlace ascendente convencional en función de las conexiones existentes; crear una segunda función de coste representativa de la calidad de señal recibida de enlace ascendente predicha y según el modelo y las conexiones existentes; predecir el nivel de calidad de señal recibida de enlace ascendente en cada canal de enlace ascendente convencional del subconjunto en base a la segunda función de coste; calcular un

45 segundo coste usando la segunda función de coste para cada canal de enlace ascendente convencional del subconjunto; y seleccionar un canal de enlace ascendente convencional que tenga un segundo coste predicho que sea inferior a un segundo nivel de coste prefijado para su asignación a la nueva estación de abonado.

Preferiblemente, esto comprende además la etapa de asignar un canal espacial al canal de enlace ascendente

50 convencional asignado si se está usando el canal de enlace ascendente convencional asignado y si el sistema de comunicaciones inalámbricas soporta más de un canal espacial por canal convencional.

Preferiblemente, el primer y el segundo nivel de coste prefijados corresponden a un nivel recibido máximo prefijado de tasa de errores de bit de enlace ascendente.

55 Preferiblemente, la etapa de selección requiere además que el canal convencional asignado tenga un nivel de SINR que sea superior a un nivel de SINR prefijado.

imagen110

es una matriz diagonal de amplitudes de señal transmitidas de una estación base j para el canal convencional k, Akj es una matriz concatenada por columnas de signaturas espaciales conocidas en la estación base imagen111j para el canal

convencional k, Akj † representa la seudoinversa de Ak,j, y es una signatura espacial de enlace descendente para el canal convencional k desde la estación base j.

Preferiblemente, el segundo nivel de señal de interferencia predicho para el canal k se calcula como

imagen112

10 representa una operación seudoinversa, S̃k.j es una matriz diagonal de amplitudes de señales de transmisión, Akj es una matriz concatenada por columnas de signaturas espaciales de enlace descendente conocidas en la estación imagen113

base j para el canal convencional k, es una signatura espacial de enlace descendente para el canal imagen114

.

convencional k desde la estación base j, y es la fila inferior de la matriz

15 Preferiblemente, esto comprende además una etapa para asignar un canal convencional de enlace descendente seleccionado solamente si se espera que dé como resultado una calidad de señal recibida de enlace descendente aceptable para cada canal activo en función de al menos un factor de calidad de enlace descendente seleccionado de un grupo que consiste en el coste de la nueva llamada, la potencia total de transmisor de estación base, el nivel de distorsión de intermodulación predicho, el nivel de interferencia más ruido predicho en cada canal activo y la

20 relación de señal a interferencia más ruido predicha en cada canal activo.

Preferiblemente, el nivel de distorsión de intermodulación predicho se obtiene calculando un factor de cresta para cada canal convencional de enlace descendente, donde el valor de factor de cresta indica un nivel de distorsión de intermodulación que se obtendría si se asignara un canal convencional de enlace descendente dado.

25 En otro aspecto se proporciona un procedimiento para asignar un canal dúplex bidireccional, en el que un canal dúplex se selecciona de un conjunto de canales dúplex en el que cada canal dúplex del conjunto proporciona comunicaciones en enlace ascendente con una calidad aceptable, y la asignación de canal de enlace descendente se realiza según reglas existentes del sistema, que comprende: crear una función de coste que indica una falta de

30 calidad en las comunicaciones esperada de conexiones existentes en cada canal de enlace ascendente convencional; calcular un coste para cada canal de enlace ascendente convencional usando la función de coste; asignar un canal convencional de enlace ascendente seleccionando un canal de enlace ascendente convencional con un coste inferior a un nivel de coste prefijado; y seleccionar un canal de enlace descendente según las reglas existentes del sistema de comunicaciones.

35 Preferiblemente, la asignación de canal dúplex bidireccional se realiza según la norma del sistema de teléfono de mano personal (PHS).

En otro aspecto se proporciona un procedimiento para asignar un canal dúplex bidireccional, en el que un canal

40 dúplex se selecciona de un conjunto de canales dúplex en el que cada canal dúplex del conjunto proporciona comunicaciones en enlace descendente con una calidad aceptable, y la asignación de canal de enlace ascendente se realiza según reglas existentes del sistema, que comprende: crear una función de coste que indica una falta de calidad en las comunicaciones esperada de conexiones existentes en cada canal de enlace descendente convencional; calcular un coste para cada canal de enlace descendente convencional usando la función de coste;

45 asignar un canal convencional de enlace ascendente seleccionando un canal de enlace descendente convencional con un coste inferior a un nivel de coste prefijado; y seleccionar un canal de enlace ascendente según las reglas existentes del sistema de comunicaciones.

50 dúplex se selecciona de un conjunto de canales dúplex en el que cada canal dúplex del conjunto proporciona comunicaciones de enlace descendente y de enlace ascendente con una calidad aceptable, que comprende: crear una función de coste que indica una falta de calidad en las comunicaciones esperada de conexiones existentes en cada canal dúplex convencional; calcular un coste para cada canal dúplex convencional usando la función de coste; y asignar un canal dúplex convencional seleccionando un canal dúplex convencional con un coste inferior a un nivel

55 de coste prefijado.

En otro aspecto se proporciona un procedimiento de control de admisión de llamadas, basado en una función de coste de interferencia, para su uso en un sistema de comunicaciones inalámbricas para controlar la admisión de una conexión para una nueva estación de abonado, que comprende: crear una función de coste para evaluar el coste de 60 interferencia más ruido en un canal convencional que se ha seleccionado para su asignación; evaluar la función de coste para obtener un coste para un canal convencional seleccionado si el canal convencional seleccionado fuera a

asignarse; comparar el coste con un nivel de coste de asignación de canal prefijado; y admitir la llamada si el coste es inferior al nivel de coste de asignación de canal prefijado.

En otro aspecto se proporciona un procedimiento de control de admisión de llamadas, basado en un modelo de

5 interferencia predictivo, para su uso en un sistema de comunicaciones inalámbricas para controlar la admisión de una conexión para una nueva estación de abonado, que comprende: crear un modelo del sistema de comunicaciones inalámbricas para predecir un nivel de señal recibido y un nivel de interferencia más ruido en cada canal convencional en función de conexiones existentes; predecir el nivel de señal recibido y el nivel de interferencia más ruido en cada canal convencional en función del modelo y de conexiones existentes; y seleccionar un canal

10 convencional para la nueva estación de abonado que tenga una relación de señal a interferencia más ruido (SINR) predicha aceptablemente alta; y admitir la llamada si la SINR es mayor que un valor umbral de SINR de nivel de admisión prefijado.

En otro aspecto se proporciona un procedimiento de control de admisión de llamadas para su uso en un sistema de

15 comunicaciones inalámbricas para controlar la admisión de una conexión de una nueva estación de abonado, donde el procedimiento, basado en una estimación de la carga de llamadas existente del sistema, comprende: estimar la carga de llamadas existente para indicar cuánta capacidad del sistema se está utilizando; prefijar un umbral de carga de llamadas que indica una carga de llamadas máxima permitida para el sistema; comparar la carga de llamadas existente con el umbral de carga de llamadas; y admitir una nueva llamada si la carga de llamadas existente

20 estimada es inferior al umbral de carga de llamadas.

Preferiblemente, la estimación comprende además supervisar la tasa en que se producen traspasos intracelulares y estimar la carga de llamadas existente a partir de la tasa en que se producen traspasos intracelulares.

25 Preferiblemente, la estimación comprende además estimar la carga de llamadas existente supervisando la tasa de reasignaciones de canal.

Claims

imagen1

imagen2

imagen3