WO2018091811A9 - Procédé d'allocation de ressources dans un réseau d'accès, station de base, produit programme d'ordinateur et support d'information correspondants - Google Patents

Procédé d'allocation de ressources dans un réseau d'accès, station de base, produit programme d'ordinateur et support d'information correspondants Download PDF

Info

Publication number
WO2018091811A9
WO2018091811A9 PCT/FR2017/053090 FR2017053090W WO2018091811A9 WO 2018091811 A9 WO2018091811 A9 WO 2018091811A9 FR 2017053090 W FR2017053090 W FR 2017053090W WO 2018091811 A9 WO2018091811 A9 WO 2018091811A9
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
base station
carrier
power
variables
base stations
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/FR2017/053090
Other languages
English (en)
Other versions
WO2018091811A1 (fr
Inventor
Sa XIAO
Ye Geoffrey Li
Julie YUAN
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Orange SA
Original Assignee
Orange SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Orange SA filed Critical Orange SA
Publication of WO2018091811A1 publication Critical patent/WO2018091811A1/fr
Publication of WO2018091811A9 publication Critical patent/WO2018091811A9/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W52/00—Power management, e.g. Transmission Power Control [TPC] or power classes
    • H04W52/04—Transmission power control [TPC]
    • H04W52/30—Transmission power control [TPC] using constraints in the total amount of available transmission power
    • H04W52/34—TPC management, i.e. sharing limited amount of power among users or channels or data types, e.g. cell loading
    • H04W52/346—TPC management, i.e. sharing limited amount of power among users or channels or data types, e.g. cell loading distributing total power among users or channels
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W52/00—Power management, e.g. Transmission Power Control [TPC] or power classes
    • H04W52/04—Transmission power control [TPC]
    • H04W52/06—TPC algorithms
    • H04W52/14—Separate analysis of uplink or downlink
    • H04W52/143—Downlink power control
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W52/00—Power management, e.g. Transmission Power Control [TPC] or power classes
    • H04W52/04—Transmission power control [TPC]
    • H04W52/18—TPC being performed according to specific parameters
    • H04W52/24—TPC being performed according to specific parameters using SIR [Signal to Interference Ratio] or other wireless path parameters
    • H04W52/243—TPC being performed according to specific parameters using SIR [Signal to Interference Ratio] or other wireless path parameters taking into account interferences
    • H04W52/244—Interferences in heterogeneous networks, e.g. among macro and femto or pico cells or other sector / system interference [OSI]
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W52/00—Power management, e.g. Transmission Power Control [TPC] or power classes
    • H04W52/04—Transmission power control [TPC]
    • H04W52/30—Transmission power control [TPC] using constraints in the total amount of available transmission power
    • H04W52/36—Transmission power control [TPC] using constraints in the total amount of available transmission power with a discrete range or set of values, e.g. step size, ramping or offsets
    • H04W52/367—Power values between minimum and maximum limits, e.g. dynamic range
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L5/00—Arrangements affording multiple use of the transmission path
    • H04L5/003—Arrangements for allocating sub-channels of the transmission path
    • H04L5/0032—Distributed allocation, i.e. involving a plurality of allocating devices, each making partial allocation
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L5/00—Arrangements affording multiple use of the transmission path
    • H04L5/003—Arrangements for allocating sub-channels of the transmission path
    • H04L5/0044—Allocation of payload; Allocation of data channels, e.g. PDSCH or PUSCH

Definitions

  • the present invention relates to the field of telecommunications. Within this field, the invention relates more to access networks comprising several base stations and more particularly but not only to heterogeneous access networks comprising macro base stations and pico base stations.
  • An access network to a telecommunications system comprises access points that interface between terminals and the access network.
  • the access points are commonly called base stations.
  • the term access point is commonly used.
  • the base station there are M i uplink communications and N i downlink communications.
  • M i UU or mobile users that emit uplink communication to the base station.
  • N i mobile users or DUs that receive downlink communication from the base station.
  • the base station is equipped with a duplex stream antenna for simultaneously transmitting and receiving downstream communications and upstream communications.
  • Mobile phones are considered equipped with a half-duplex (HD) antenna that does not allow sending and receiving simultaneously to limit the complexity of the hardware.
  • HD half-duplex
  • This study is limited to an access network with a single base station.
  • the invention proposes a resource allocation technique adapted to an access network to several base stations.
  • the use of the invention within a network of access to several base stations, in particular heterogeneous, makes it possible to ensure a maximization of the sum flow while avoiding severe interference to neighboring cells (intercells interference according to the terminology Anglo-Saxon).
  • the invention aims to maximize the throughput of each cell via the joint optimization of the coupling of the transmitting and receiving users, the assignment of a carrier and transmission power allocation while avoiding harmful interference to receptors of neighboring cells.
  • the subject of the invention is a method for allocating k-carrier and emitted power determination for M i upstream communications and N i downlink communications between half-duplex mobiles and a base station i among L base stations of a network.
  • full-duplex access port a frequency band of K carriers being allocated for the L base stations with access to the OFDMA transmission channel, to maximize a sum rate of the access network.
  • the expression of the intercellular interference constraint is as follows:
  • ⁇ ki is a terminal of an estimation error of the interfering channels for the carrier k and the cell i, c 1 , ..., c M.
  • +1 is a determined weight vector, , is a vector of emission powers for the carrier k with
  • the threshold Q k of power for the carrier k is equal to a noise power level for this carrier and in which each weight c m of the vector of weight c 1 , ..., c M. +1 equals 1 / (vg mki ) with v a constant.
  • the method determines thresholds for the variables y m and ⁇
  • the method determines the powers issue by means of
  • the invention furthermore relates to a base station of a full-duplex access network comprising L-1 other base stations connected to the base station by a high-speed link.
  • the station comprises a computer adapted for the implementation of a method according to the invention of carrier allocation and power determination transmitted for M i uplink communications and N i downlink communications between half-duplex mobiles and a station of base among the L base stations of the access network to maximize a sum rate of the access network.
  • the invention further relates to an access network comprising at least a first base station according to a previous object and L other base stations, all the base stations being in full-duplex.
  • the first base station is of macro type and the other L base stations are pico type.
  • Figure 1 is a diagram of an access network with a single base station and terminals associated with the base station, according to the prior art.
  • Figure 2 is a diagram of a heterogeneous access network with a macro base station, pico base stations and terminals.
  • Figure 3 is a flowchart of an embodiment of a method according to the invention.
  • Figures 4a-4e are diagrams illustrating the regions of the potential points defined by the relationships (25a) and (25b).
  • Figures 5 and 6 are simulation results.
  • Figure 7 is a diagram of an example of a simplified structure of a base station according to an object of the invention.
  • HetNet comprises L pico cells associated with L pico pico-BS base stations which are more or less in the coverage of a macro macro-BS base station as illustrated by FIG. 2.
  • the radio covers of the macro base station and a pico base station are schematically represented by ovals.
  • Each pico base station is connected to the macro base station via a broadband link of the network (according to the English terminology "high speed wired backhaul").
  • the radio coverage of the macro base station which defines the cell associated with this station, is wider i.e wider than that of each of the pico base stations. This difference in radio coverage essentially comes from a difference in power output.
  • the heterogeneous access network is then said at two levels.
  • a heterogeneous access network differs from a mobile or fixed WiFi access network comprising multiple access points, essentially because in a heterogeneous system the pico base stations have a much lower transmission power to that of the macro base station. These pico base stations are therefore much easier to deploy in the field than the macro base stations because they do not require the same infrastructure at all.
  • a mobile terminal that wants to establish a communication with a recipient must be associated with one of the base stations of the access network.
  • a terminal is said to be covered by a base station whether it is macro or pico, if it receives the signal transmitted by this station.
  • the frequency bands allocated to the two levels are considered disjoint, that is to say that the frequency band allocated to the macro station is different from the frequency band allocated to the pico stations. .
  • the band allocated to pico base stations comprises K carriers still called sub-carriers or channels.
  • K carriers still called sub-carriers or channels.
  • the uplink channel gains, the downlink channel gains and the auto interference (SI) gains are respectively noted.
  • Gains of inter-node interference channels in the picocell i are recorded is the index of mobile UU m associated with the uplink communication does
  • N i ⁇ is the index of the mobile DU n associated with the downlink communication
  • k ⁇ ⁇ 1, ..., K is the index of the carrier used for the communication.
  • the signal-to-noise and interference signal SINR signal to interference noise ratio
  • Ik, i and In, k, i respectively represent the power of the noise plus intra-level interference to the base station pico i on the carrier k and the power of the noise plus intra-level interference to the mobile DU n of the pico-cell i on the carrier k.
  • the pico base station is supposed to know perfectly all the CSI (channeî state information according to English terminology) of the channels associated with its users served.
  • Q k be the threshold of the interference on the carrier k produced by each pico-cell.
  • the method determines the allocated carriers k and determines the transmitted powers for M i upstream communications and for N i downlink communications respectively between the half-duplex mobile UU m and DU n and a base station i among the Pico-BS base stations of a Hetnet full -duplex heterogeneous access network by maximizing a bit rate of the access network.
  • a frequency band of K carriers is allocated for the L base stations with access to the OFDMA transmission channel.
  • a carrier k can be allocated at the same time at most once for uplink communication and downlink communication, i.e., a pair of mobiles UU m , DU n )
  • the pico-cell i If the carrier k is assigned to the pair (m, n) of mobiles UU m , DU n , then
  • the constraints (5b) to (5e) guarantee the validity of the power allocation to mobile UU m in uplink communication and to the pico base station.
  • the constraint (5g) guarantees that the intra-level interference, that is to say between pico cells, created by the pico-cell i does not exceed the threshold allowed on each carrier.
  • the interference channel gain vector g fe> i in the constraint (5g) includes the uncertainty error, g feii , which can be characterized by the deterministic model described in [14].
  • g 3 ⁇ 4 j is supposed bounded by a region R ki of uncertainty.
  • Equation (5g) can then be expressed as: ⁇ 7)
  • This expression (8) is a deterministic form of the constraint (5g) with no uncertain parameter. To further simplify the interference constraint on each carrier, this expression (8) is approximated by a linear constraint:
  • the flow of the process is detailed below and illustrated by the flowchart shown in FIG. 3.
  • the method stops the iterations as soon as a convergence condition of the flow sum or when a maximum number of iterations is reached.
  • the invention thus considers a rewrite of the problem of maximizing the sum rate according to a Lagrange method.
  • the dual expression associated with the Lagrange method is written:
  • the process considers the Lagrangian (11).
  • the expression (11) comprises the two variables ⁇ y m ⁇ and ⁇ multiplicative respectively of a constraint on the power emitted by the mobiles ⁇ m ⁇ and a power emitted by the base station i.
  • the Lagrangian is broken down into two problems, a new primal problem and a dual problem.
  • the new primal problem assumes that r and ⁇ have definite values.
  • the resolution of the new primal problem by the process requires finding the optimal primal variables are determined the values of Lagrangian multipliers
  • the method looks for the good values of r and ⁇ according to the sub-gradient method.
  • the optimization problem consists of two layers.
  • the inner layer corresponds to the power allocation, that is to say to the determination of the optimum transmission powers of mobile UU m and base station pico-BS to maximize the utilities (utilities according to English terminology ) of all the user pairs and all the assignments of
  • the outer layer is the decision procedure of the user coupling and the assignment of a carrier to each pair. These two layers can be decomposed. The invention thus optimizes separately the inner and outer layers to obtain the optimal solution of the new primal problem (12).
  • the variables y m and ⁇ play the role of weighting factors to control the powers of emission.
  • an increasing value of y m or ⁇ brakes the mobile UU m or the base station pico-BS to increase the transmitted power. Therefore, there must be thresholds for y m and for ⁇ such that the optimum transmit power of the mobile UU m and the base station pico-BS are zero when respectively m and ⁇ exceed their threshold. Threshold values are given by the following theorem, the proof of which is given in Appendix A.
  • the optimum power is equal to the mobile UU V uplink if and the optimal power is equal to for the mobile in communication
  • Sub-problem 2 if So, the power allocation problem given by the relation (15) can be written in the form of a problem of allocation of power for the amount link. Similar to the previous sub-problem, the optimal solution is given by the expression:
  • relation (15) has a non-convex structure that can not be solved directly.
  • fcav (V p ) is a strictly concave function of V P while f vex (V P ) is strictly convex.
  • the power allocation problem given by the relation (19) has a convex difference (DC) structure that can be efficiently solved by a concave-convex CCCP algorithm [17].
  • the CCCP concave-convex algorithm is given in pseudo C language in Table 1 in Appendix A.
  • the proposed concave-convex CCCP algorithm converges to a near optimal solution.
  • the inner-point method may not be an effective way to solve this problem because of the iterative nature of the inner-point method and the CCCP algorithm.
  • one embodiment is to solve the problem (20) using KKT condition (Karush-Kuhn-Tucher) to obtain a solution in analytical form.
  • the optimal power allocation satisfying the relationship (25) can be derived by analyzing the relative location of and the region of potential points defined
  • Scenario 1 The region of the potential points corresponds to the shaded area of FIG. 4a for which:
  • demarcation lines OA, OB, BC, CD and AD correspond to the stresses 25a and 25b when there is equality. There are then fourteen possible locations for the different locations
  • Equation (25) the power allocation problem can be transformed into a convex optimization problem with a single variable 1
  • V p V p F (V p ) and retain this value V p as being the value of
  • V p which gives the greatest value for F (V p ) and retain this value V p as being the value of
  • Yes k (which corresponds to the location zone lb in FIGS. 4a-4e) then must be on one of the boundaries CD, AD and OA for FIG. 4a and on one of the
  • V p which gives the greatest value for F (V p ) and retain this value V p as the value of
  • V p which gives the greatest value for F (V p ) and retain this value V p as the value of
  • Scenario 2 i The region of possible points is represented as the shaded area in Figure 4b that occurs under the conditions that This region is a special case from that obtained with Scenario 1 when the
  • intersections C and B coincide with each other, that is to say that , Similar to scenario 1, problem (25) is solved by analyzing all locations possible point as illustrated in Figure 4b.
  • the possible locations of corresponding to each location of are shown in Table 2a in Appendix A.
  • the optimal solutions on the OB, BD, AD and OA boundaries can be obtained by respectively solving the problems (28), (30), (31) and (32).
  • Scenario 2 finds the new locations 6, 8a, 8b, and 9; all other locations were analyzed in the Scenario 1 part. We will consider these new locations in the following. Possessing the point arrived from the resolution of (27), the different locations possible of should lead to different solutions.
  • V p which gives the greatest value for F ⁇ V p ) and retain this value V p as being the value of
  • Figures 4c and 4e then must be on one of the boundaries OA and AC for Figure 4c and OA
  • Location 1 is also in Figure 4d where it is framed by
  • Scenario 4 The region of possible points is illustrated by the shaded area in Figure 4d which is a special case of
  • Scenario 1 corresponding to the case where the intersections C and D coincide with each other.
  • Table 2 (c) in Appendix A the optimal solutions on the OB, BC, AC and OA boundaries can be obtained by solving the problems (28), (29), (31) and ( 32).
  • Scenario 4 finds the new location 5; all other locations were analyzed in the Scenario 1, 2 and 3 parts. We will consider this new location in the following. Possessing the point of the resolution of (27), the
  • Scenario 5 The region of the possible points is illustrated by the shaded area of Figure 2 (e) which corresponds to the conditions: This region is a special case of
  • the optimal solutions on the boundaries O-B, A-C and O-A can be obtained by solving the problems (28), (30), and (32) respectively. All locations were analyzed in the parts related to Scenarios 1, 2, 3 and 4.
  • the new primal problem (12) becomes an integer programming problem 0-1:
  • the method adopts a decreasing step size.
  • the verification of the convergence is carried out by determining the evolution of the variation of the value of the flow rate according to (5) between successive iterations. If the convergence is verified, the iterations are stopped. According to another mode, the stopping criterion can be an iteration number reached.
  • FIGS. 5 and 6 illustrate simulation results.
  • the simulated system is a heterogeneous Hetnet network with a macro-BS macro base station surrounded by three pico-BS base stations. The distance between the macro base station and each pico base station is 150 meters.
  • the flow rate of all the pico-cells is taken as a performance metric.
  • the simulation parameters are as follows. In each pico-cell, there are six UU uplink mobiles and six downlink DU mobiles randomly distributed between the reference distance of 50 meters and the maximum service distance of 150 meters. There are sixteen carriers. Each of them has a bandwidth of 180 KHz and a noise variance of -139 dBm / ⁇ . Since there is a strong direct view component between the transmitter and the receiver of the FD antenna at the pico base station, the power gain of the auto interference channel SI on the carrier k can be expressed as the constant
  • the uplink channel, the downlink channel, the inter-node interference channel and the intra-level interference channel are all modeled as Rayleigh weakening channels.
  • all UU mobiles are assumed to have the same total transmit power and each pico base station of each pico-cell is assumed to have the same maximum transmit power
  • FIG. 5 gives the average flow rate obtained as a function of the maximum powers.
  • FIG. 5 shows that the average rates of the two algorithms increase with the increase of and that the proposed algorithm always performs much better. For example, when dBm and the average bitrate of the proposed algorithm is about 17.2 Mbits which is
  • the proposed algorithm can improve spectrum efficiency.
  • Figure 6 illustrates the average flow versus ⁇ k obtained with the proposed algorithm.
  • the simulation conditions are as follows. a deterministic model
  • FIG. 7 The simplified structure of a macro base station of a full-duplex Hetnet heterogeneous access network comprising a plurality of base stations including the macro base station and pico base stations connected to the macro base station by a high link flow rate, implementing a resource allocation method according to the invention is described below and illustrated by FIG. 7.
  • Such a station BS comprises an emitter EM, a receiver RE, one or more TX / RX transmit / receive antennas, a storage memory ME, a processing unit DSP equipped for example with a microprocessor and driven by a program Pg computer implementing a method according to the invention.
  • the code instructions of the computer program Pg are for example loaded from the memory ME into a RAM before being executed by the processor of the processing unit DSP.
  • the DSP processing unit receives as input signaling data as well as parameters. For example, it retrieves CSI channel information and derives the gains uplink channels, downlink channel gains and auto interference (IS) gains respectively noted channel gains
  • the processing unit DSP implements a method according to the invention described above, according to the instructions of the computer program Pg.
  • the processing unit DSP comprises a computer for example a microprocessor to obtain a dual expression of the computer. sum rate and show in the expression two variables y m and ⁇ multiplicative respectively of a constraint on the power emitted by a mobile m and a power transmitted by a base station pico i.
  • This computer is controlled by the microprocessor or is part of the microprocessor. For a determined base station i, the computer initializes the values of the variables ⁇ y m ⁇ and ⁇ and iteratively, the calculator:
  • the sum rate of the heterogeneous access network is then maximized.
  • the steps of the method according to the invention are determined by the instructions of a program incorporated in an electronic circuit such as a chip itself that can be arranged in an electronic device such as a base station or a point of pico access.
  • the method according to the invention can just as easily be implemented when this program (or its modules) is loaded into a computing device such as a processor or equivalent whose operation is then controlled by the execution of the program.
  • the invention also applies to a computer program (or its various modules), including a computer program on or in an information carrier, adapted to implement the invention.
  • This program can use any language of programming, and be in the form of source code, object code, or intermediate code between source code and object code such as in a partially compiled form, or in any other form desirable for implementing a method according to the invention.
  • the information carrier may be any entity or device capable of storing the program.
  • the medium may comprise storage means, such as a ROM, for example a CD ROM or a microelectronic circuit ROM, or a magnetic recording medium, for example a floppy disk or a disk. hard.
  • the information carrier may be an integrated circuit in which the program is incorporated, the circuit being adapted to execute or to be used in the execution of the method in question.
  • the program may be translated into a transmissible form such as an electrical or optical signal, which may be routed via an electrical or optical cable, by radio or by other means.
  • a transmissible form such as an electrical or optical signal
  • the program according to the invention can be downloaded in particular on an Internet type network.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

La présente invention se rapporte à un procédé d'allocation de porteuse et de détermination de puissance émise pour M i communications montantes (UU) et N i communications descendantes (DU) entre des mobiles half-duplex et une station de base i parmi L stations de base d'un réseau d' accès full-duplex. Une bande fréquentielle de K porteuses est allouée pour les L stations de base avec un accès au canal de transmission de type OFDMA. Pour maximiser un débit somme du réseau d'accès, le procédé considère le Lagrangien duale du débit somme en faisant apparaître dans son expression des variables {Ym} et λ multiplicatives respectivement d'une contrainte sur les puissances maximales émises par des mobiles {m} et d'une puissance maximale émise par une station de base i. Le procédé détermine de manière itérative l'ensemble des triplets porteuse et paires de puissance qui optimise l'expression duale pour les valeurs des variables {Ym} et λ.

Description

Procédé d'allocation de ressources dans un réseau d'accès, station de base, produit programme d'ordinateur et support d'information correspondants.
Domaine de l'invention
La présente invention se rapporte au domaine des télécommunications. Au sein de ce domaine, l'invention se rapporte plus aux réseaux d'accès comprenant plusieurs stations de base et plus particulièrement mais pas uniquement aux réseaux d'accès hétérogènes comprenant des stations de base macro et des stations de base pico.
Un réseau d'accès à un système de télécommunication comprend des points d'accès qui font l'interface entre des terminaux et le réseau d'accès. Dans un réseau d'accès cellulaire, parfois dit réseau mobile, les points d'accès sont communément appelés stations de base. Dans un réseau WiFi, le terme point d'accès est couramment utilisé.
De manière générale, les réseaux d'accès sont confrontés à une demande croissante d'établissements de communication à partir de terminaux qu'ils soient mobiles, fixes ou plus ou moins fixes. Une utilisation optimale de la ressource spectrale conduit à utiliser des équipements full-duplex capables donc d'émettre et de recevoir simultanément sur la même bande fréquentielle. Toutefois, l' auto-interférence (self-interference (SI) selon la terminologie anglosaxonne) qui se produit entre l'émission et la réception d'un même équipement limite l'utilisation de cette technique pour des raisons de complexité.
Art antérieur
[5] étudie l'allocation de ressources dans un réseau cellulaire de type full-duplex OFDMA.
Selon le réseau d'accès considéré illustré par la figure 1, pour la cellule de la station de base il y a Mi communications montantes et Ni communications descendantes. Dit autrement, il y a Mi utilisateurs UU ou mobiles qui émettent une communication montante vers la station de base. Et il y aNi utilisateurs ou mobiles DU qui reçoivent une communication descendante depuis la station de base. La station de base est équipée d'une antenne flux duplex pour émettre et recevoir simultanément des communications descendantes et des communications montantes. Les mobiles sont considérés comme équipés d'une antenne half-duplex (HD) qui ne permet pas d'émettre et recevoir simultanément pour limiter la complexité du matériel (hardware).
Cette étude est limitée à un réseau d'accès avec une seule station de base.
Exposé de l'invention
L'invention propose une technique d'allocation de ressources adaptée à un réseau d'accès à plusieurs stations de base. L'utilisation de l'invention au sein d'un réseau d'accès à plusieurs stations de base, en particulier hétérogène, permet d'assurer une maximisation du débit somme tout en évitant des interférences sévères aux cellules voisines (intercells interférence selon la terminologie anglosaxonne).
L'invention vise à maximiser le débit de chaque cellule via l 'optimisation conjointe du couplage des utilisateurs d'émission et de réception, l 'affectation d'une porteuse et l'attribution de puissance d'émission tout en évitant de graves interférences vers les récepteurs des cellules voisines.
L'invention a pour objet un procédé d'allocation de porteuse k et de détermination de puissance émise pour Mi communications montantes etNi communications descendantes entre des mobiles half- duplex et une station de base i parmi L stations de base d'un réseau d'accès full-duplex, une bande fréquentielle de K porteuses étant allouée pour les L stations de base avec un accès au canal de transmission de type OFDMA, pour maximiser un débit somme du réseau d'accès. Le procédé considère le Lagrangien dual du débit somme en faisant apparaître dans l'expression du Lagrangien des variables {ym} et λ multiplicatives respectivement d'une contrainte sur les puissances émises par les mobiles{ m }, m = 1, ... Mi, et d'une puissance émise par une station de base i. Pour une station de base i déterminée, le procédé initialise les valeurs des variables {ym} et λ et de manière itérative, le procédé :
détermine de manière exhaustive pour chaque porteuse k, pour toutes paires (m, n) de communications montante depuis le mobile m et descendante vers un mobile n, les puissances d'émission de la station de base i et du mobile m sous contrainte d'une interférence intercellulaire impactant les L— 1 autres stations de base et les mobiles en communication avec ces stations de base, 1≤ m≤ Mi, l≤n≤Ni, l≤k≤K, détermine l'ensemble des triplets porteuse et paires de puissance qui optimise l'expression duale pour les valeurs des variables {ym} et λ, m = 1, ... Mi, et modifie les valeurs des variables {ym} et λ, m = 1, ... Mi, selon une méthode du sous- gradient et
stoppe les itérations dès qu'une condition de convergence du débit somme ou du nombre maximal d'itérations est atteinte.
Selon un mode de réalisation, l'expression de la contrainte d'interférence intercellulaire est la suivante :
Figure imgf000004_0001
expression dans laquelle :
est un vecteur des estimations maximales des canaux interférents entre
Figure imgf000004_0002
chaque émetteur m∈ {0, ... , Mi} de la cellule i∈ {1, . . , L] et tous les récepteurs n∈ [0, ... , Nj] de la cellule j∈ {1, . . , L}, j≠ i, pour la porteuse k et où l'indice 0 pour m et n représente la station de base respectivement des cellules i et j,
Δk i est une borne d'une erreur d'estimation des canaux interférents pour la porteuse k et la cellule i, c1 , ... , cM.+1 est un vecteur de poids déterminés,
Figure imgf000005_0001
, est un vecteur de puissances d'émission pour la porteuse k avec
^a somme des puissances allouées pour les communications descendantes entre la station
Figure imgf000005_0002
de base i et les récepteurs la puissance allouée pour la communication
Figure imgf000005_0003
montante entre l'émetteur m.∈. 1, ... , Mi et la station de base i,
Qk un seuil déterminé de puissance pour la porteuse k.
Selon un mode de réalisation, le seuil Qk de puissance pour la porteuse k est égal à un niveau de puissance de bruit pour cette porteuse et dans lequel chaque poids cm du vecteur de poids c1 , ... , cM.+1 est égal à 1/ (vgm k i) avec v une constante.
Selon un mode de réalisation, le procédé détermine des seuils pour les variables ym et λ
Figure imgf000005_0005
au-delà desquels la puissance optimale d'émission est nulle respectivement pour le mobile m et pour la station de base i servant un mobile n et, lorsque les deux variables ym et λ sont respectivement inférieures aux deux seuils alors le procédé détermine les puissances d'émission au moyen
Figure imgf000005_0004
d'un algorithme concave-convexe.
L'invention a en outre pour objet une station de base d'un réseau d'accès full-duplex comprenant L— 1 autres stations de base reliées à la station de base par un lien haut-débit. La station comprend un calculateur adapté pour la mise en œuvre d'un procédé selon l'invention d'allocation de porteuse et de détermination de puissance émise pour Mi communications montantes et Ni communications descendantes entre des mobiles half-duplex et une station de base parmi les L stations de base du réseau d'accès pour maximiser un débit somme du réseau d'accès.
L'invention a en outre pour objet un réseau d'accès comprenant au moins une première station de base selon un objet précédent et L autres stations de base, toutes les stations de base étant en full- duplex.
Selon un mode de réalisation du réseau d'accès, la première station de base est de type macro et les L autres stations de base sont de type pico.
Liste des figures
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront lors de la description qui suit de modes de réalisation donnés à titre d'exemples non limitatifs, description faite en regard des figures annexées suivantes. La figure 1 est un schéma d'un réseau d'accès avec une seule station de base et des terminaux associés à la station de base, selon l'art antérieur.
La figure 2 est un schéma d'un réseau d'accès hétérogène avec une station de base macro, des stations de base pico et des terminaux.
La figure 3 est un organigramme d'un mode de réalisation d'un procédé selon l'invention.
Les figures 4a-4e sont des schémas illustrant les régions des points potentiels définies par les relations (25a) et (25b).
Les figures 5 et 6 sont des résultats de simulation.
La figure 7 est un schéma d'un exemple de structure simplifiée d'une station de base selon un objet de l'invention.
Description de modes de réalisation de l'invention
Un réseau d'accès hétérogène (HetNet selon la terminologie anglosaxonne) comprend L cellules pico associées à L stations de base pico pico-BS qui sont plus ou moins dans la couverture d'une station de base macro macro-BS comme illustré par la figure 2. Les couvertures radio de la station de base macro et d'une station de base pico sont représentées de manière schématique par des ovales.
Chaque station de base pico est reliée à la station de base macro via un lien haut débit du réseau (selon la terminologie anglosaxonne « high speed wired backhaul »). La couverture radio de la station de base macro, qui définit la cellule associée à cette station, est plus large i.e. plus étendue par rapport à celle de chacune des stations de base pico. Cette différence de couverture radio vient essentiellement d'une différence de puissance émise. Le réseau d'accès hétérogène est alors dit à deux niveaux. Un réseau d'accès hétérogène se distingue d'un réseau d'accès mobile ou fixe de type WiFi comprenant des points d'accès multiples essentiellement par le fait que dans un système hétérogène les stations de base pico ont une puissance d'émission très inférieure à celle de la station de base macro. Ces stations de base pico sont par conséquent des dispositifs beaucoup plus facile à déployer sur le terrain que les stations de base macro car elles ne nécessitent pas du tout la même infrastructure.
Un terminal mobile qui veut établir une communication avec un destinataire doit être associé à une des stations de base du réseau d'accès. Un terminal est dit couvert par une station de base qu'elle soit macro ou pico, s'il reçoit le signal émis par cette station.
Pour limiter les interférences entre les deux niveaux, macro et pico, les bandes fréquentielles allouées aux deux niveaux sont considérées disjointes, c'est-à-dire que la bande fréquentielle allouée à la station macro est différente de la bande fréquentielle allouée aux stations pico.
La bande allouée aux stations de base pico comprend K porteuses dites encore sous-porteuses ou canaux. Pour une pico-cellule i déterminée, les gains de canaux en communication montante, les gains de canaux en communication descendante et les gains d'auto interférence (SI) sont respectivement notés
Figure imgf000007_0003
Les gains de canaux d'interférence inter-nœuds dans la pico-cellule i sont notés est l'indice du mobile UUm associé à la communication montante, n e
Figure imgf000007_0004
{1, ,., ,Ni} est l'indice du mobile DUn associé à la communication descendante, k∈ {1, ... , K) est l'indice de la porteuse utilisé pour la communication.
Soit Sa puissance d'émission du mobile UUm en communication montante avec la station de base pico i sur la porteuse k. Soit la puissance d'émission de la station de base pico i en
Figure imgf000007_0002
communication descendante avec le mobile DUn sur la porteuse k.
Si la porteuse k est utilisée simultanément par les communications montante UUm et descendante DUn avec la station pico i alors les rapports signal à bruit et interférence SINR (Signal to Interférence Noise Ratio) à la station pico i et au mobile DUn sur la porteuse k peuvent être respectivement exprimés de la manière suivante :
(1) (2)
Figure imgf000007_0001
Ik,i et In,k,i représentent respectivement la puissance du bruit plus interférence intra-niveau à la station de base pico i sur la porteuse k et la puissance du bruit plus interférence intra-niveau au mobile DUn de la pico-cellule i sur la porteuse k. La station de base pico est supposée connaître parfaitement tous les CSI (channeî state information selon la terminologie anglosaxonne) des canaux associés à ses utilisateurs servis.
Par souci de simplification de notation, dans ce qui suit, Tt = {0, . . , , Mi} et Ri = {0, . . , , Ni} désignent respectivement l'ensemble des émetteurs et l'ensemble des récepteurs situés dans la cellule pico i, l'indice 0 désignant la station de base pico.
Si gmjCil, m 6 {0, . . . , Mi) est le gain de canal d'interférence due à l'émetteur m de la cellule pico i à son nœud de référence sur la porteuse k alors :
t X\
Figure imgf000007_0005
w où désigne le gain de canal d'interférence provenant de l'émetteur m de la cellule pico i vers le
Figure imgf000007_0007
récepteur n de la cellule pico /. En raison du manque de coopération entre les pico-cellules voisines il est difficile d'estimer la valeur exacte de ce qui n'est pas le cas pour les canaux à l'intérieur de
Figure imgf000007_0006
la pico-eellule t. Compte tenu de l'incertitude sur le gain de canal, l'expression (3) est transformée sous la forme :
Figure imgf000008_0003
(A)
Figure imgf000008_0001
Soient les puissances maximales d'émission respectivement du mobile UUm et de
Figure imgf000008_0004
la station de base de la pico-cellule i. Soit Qk le seuil de l'interférence sur la porteuse k produite par chaque pico-cellule.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le procédé détermine les porteuses k allouées et détermine les puissances émises pour Mi communications montantes et pour Ni communications descendantes entre respectivement les mobiles half-duplex UUm et DUn et une station de base i parmi L stations de base Pico-BS d'un réseau d'accès hétérogène Hetnet full -duplex en maximisant un débit somme du réseau d'accès. Une bande fréquentielle de K porteuses est allouée pour les L stations de base avec un accès au canal de transmission de type OFDMA. Le problème de la détermination des ressources à allouer pour maximiser le débit somme au sein de chaque pico-cellule i du réseau d'accès c'est-à-dire la somme des débits montant et descendant, peut être formulé sous la forme :
Figure imgf000008_0002
( une porteuse k peut être allouée au même instant au maximum une fois pour une communication montante et une communication descendante, c'est-à-dire à une paire de mobiles UUm, DUn)
(5b)
Figure imgf000008_0005
(la puissance émise par le mobile m au même instant sur toutes les porteuses k doit être inférieure à sa puissance maximale)
Figure imgf000008_0006
(la puissance émise par la station de base i au même instant sur toutes les porteuses k et pour toutes les communications descendantes doit être inférieure à sa puissance maximale)
(5d) (5e)
Figure imgf000008_0007
Figure imgf000009_0003
a vec :
le vecteur des puissances émises au sein de Sa cellule pico i et
Figure imgf000009_0001
un indicateur binaire pour l'affection de la porteuse k et le couplage d'utilisateurs dans
Figure imgf000009_0004
la pico-cellule i. Si la porteuse k est affectée à la paire (m, n) de mobiles UUm, DUn, alors
Figure imgf000009_0005
Figure imgf000009_0006
Les contraintes (5b) à (5e) garantissent la validité de l'allocation de puissance aux mobiles UUm en communication montante et à la station de base pico. La contrainte (5g) garantie que l'interférence intra-niveau, c'est-à-dire entre cellules pico, crée par la pico-celiule i ne dépasse pas le seuil autorisé sur chaque porteuse. Il convient de noter que le vecteur de gain de canal d'interférence gfe>i dans la contrainte (5g) comprend l'erreur d'incertitude, gfeii, qui peut être caractérisée par le modèle déterministe décrit dans [14]. g¾ j est supposée bornée par une région Rk i d'incertitude. Comme dans [15], la région Rk i d'incertitude est imposée être ellipsoïdale :
Figure imgf000009_0007
(6) avec Δk i la limite de la région Rk ,i, Ck i = di.ag[c1, ... , cM +-) ) une matrice inversible de pondération et ||. Il la norme Euclidienne. L'équation (5g) peut alors s'exprimer sous la forme :
Figure imgf000009_0008
<7)
Figure imgf000009_0009
|
et la relation
Figure imgf000009_0002
(7) devient :
Figure imgf000009_0010
Cette expression (8) est une forme déterministe de la contrainte (5g) sans paramètre incertain. Pour simplifier encore la contrainte d'interférence sur chaque porteuse, cette expression (8) est approchée par une contrainte linéaire :
(9) avec
Figure imgf000009_0011
L'expression (9) venant de ce que ||z|| <∑j |Zj· |, elle est ainsi plus contraignante que la contrainte (8). Le déroulement du procédé est détaillé ci-après et illustré par l'organigramme représenté à la figure 3. Le procédé 1 considère le Lagrangien dual de l'expression (5) du débit somme en faisant apparaître dans l'expression du Lagrangien deux variables {ym} et λ multiplicatives respectivement d'une contrainte sur les puissances émises par les mobiles {m} et d'une puissance émise par une station de base i, m = 1, ... Mi. Pour une station de base i déterminée, le procédé initialise les valeurs des variables {ym} et λ, m = 1, ... Mi. Et de manière itérative, le procédé :
détermine de manière exhaustive pour chaque porteuse k, pour toutes paires (m, n) de communications montante depuis le mobile m et descendante vers un mobile n, les puissances d'émission de la station de base i et du mobile m sous contrainte
Figure imgf000010_0003
d'une interférence intercellulaire impactant les L— 1 autres stations de base et les mobiles en communication avec ces stations de base, 1≤ m≤ Μι, 1 < n < 1≤ k≤ K,
détermine l'ensemble des triplets porteuse et paires de puissance qui optimise l'expression duale pour les valeurs des variables {Ym}m= it...Mi et λ et
- modifie la valeur des variables {γπι}πι=ιι...Μί et λ selon une méthode du sous-gradient.
Le procédé stoppe les itérations dès qu'une condition de convergence du débit somme ou dès qu'un nombre maximal d'itérations est atteinte.
L'invention considère ainsi une réécriture du problème de maximisation du débit somme selon une méthode de Lagrange. L'expression duale associée à la méthode de Lagrange s'écrit :
minr λ G (r, λ) (10) sous contraintes que :
Figure imgf000010_0004
(10a) avec les multiplieurs lagrangiens associés respectivement aux contraintes (5b) et
Figure imgf000010_0001
Figure imgf000010_0002
sous contraintes des expressions (5a), (5 d), (5e), (5f), et (9).
Le procédé considère le Lagrangien (11). L'expression (11) comporte les deux variables {ym} et λ multiplicatives respectivement d'une contrainte sur les puissance émises par les mobiles {m} et d'une puissance émise par la station de base i. Le Lagrangien est décomposé en deux problèmes, un nouveau problème primai et un problème dual. Le nouveau problème primai suppose que r et λ ont des valeurs déterminées. La résolution du nouveau problème primai par le procédé nécessite de trouver les variables primales optimales les valeurs déterminées des multiplieurs lagrangiens
Figure imgf000011_0003
Figure imgf000011_0004
déterminées et le procédé cherche les bonnes valeurs de r et de λ selon la méthode du sous-gradient.
Partant de l'express problème primai s'exprime sous la forme :
(1 ¾
Figure imgf000011_0001
sous contraintes des relations (5a), (5d), (5e), (5f) et (9) et avec :
Figure imgf000011_0002
Le problème d'optimisation consiste en deux couches. La couche intérieure correspond à l'allocation de puissance, c'est-à-dire à la détermination des puissances d'émission optimales des mobiles UUm et de la station de base pico-BS pour maximiser les utilités (utilities selon la terminologie anglosaxonne) de toutes les paires d'utilisateurs et de toutes les affectations de
Figure imgf000011_0005
porteuses. La couche extérieure est la procédure de décision du couplage d'utilisateurs et de l'affectation d'une porteuse à chaque couple (paire). Ces deux couches peuvent être décomposées. L'invention optimise donc séparément les couches intérieure et extérieure pour obtenir la solution optimale du nouveau problème primai (12).
Optimisation de la couche intérieure
Sans perte de généralité, l'allocation de puissance est examinée pour le mobile UUm et pour le mobile DUn sur la porteuse k. Puisqu'une porteuse k ne peut être affectée qu'à une seule paire d'utilisateurs alors pour le triplet donné (jn, n, k), 3a contrainte (9) d'interférence pour la porteuse k peut être simplifiée en :
Figure imgf000011_0006
(14)
Figure imgf000011_0007
Figure imgf000011_0008
l'ensemble des valeurs VP satisfaisant les contraintes (5d), (5e), (5f), et (14). Le problème d'allocation de puissance peut alors être exprimé sous la forme :
(15)
Figure imgf000011_0009
avec donné par la relation (13).
Figure imgf000011_0010
Dans la relation (13), les variables ym et λ jouent le rôle de facteurs de pondération pour contrôler les puissances d'émission. Ainsi, une valeur croissante de ym ou de λ freine le mobile UUm ou la station de base pico-BS d'augmenter la puissance émise. Par conséquent, il doit exister des seuils pour ym et pour λ tels que les puissances d'émission optimales au mobile UUm et à la station de base pico-BS soient nulles lorsque respectivement ym et λ dépassent leur seuil. Les valeurs des seuils sont données par le théorème suivant, dont la preuve est fournie à l'annexe A.
Théorème :
Soit Pour le problème d'allocation de puissance donné par la relation
Figure imgf000012_0004
(15), la puissance optimale est égale à pour le mobile en communication montante UUV
Figure imgf000012_0005
si et la puissance optimale est égale à pour le mobile en communication
Figure imgf000012_0006
Figure imgf000012_0007
descendante
Figure imgf000012_0008
Sur la base du théorème, le problème d'allocation de puissance donné par la relation (15), peut être décomposé en trois sous-problèmes décrits ci-après.
Sous-problème 1: si Y alors la puissance optimale est égale à Donc, le
Figure imgf000012_0009
Figure imgf000012_0001
problème d'allocation de puissance donné par la relation (15) peut être écrit sous la forme :
Figure imgf000012_0002
où est la limite supérieure de la puissance d'émission pour une communication
Figure imgf000012_0010
descendante
Figure imgf000012_0011
Peut etre déduite de la relation (14).
Le problème d'allocation de puissance donné par la relation (16) est un problème convexe d'optimisation a ec une variable. Par conséquent, la solution optimale est donnée par l'expression :
Figure imgf000012_0003
où (z)+ = max(0, z) et [a, b, c] = min{a, b, c).
Sous-problème 2: si
Figure imgf000012_0012
Donc, le problème d'allocation de puissance donné par la relation (15) peut être écrit sous la forme d'un problème d'allocation de puissance pour le lien montant. De manière similaire au précédent sous-problème, la solution optimale est donnée par l'expression :
Figure imgf000013_0001
Sous-problème 3: si
Figure imgf000013_0003
alors il peut y avoir des solutions non-négatives pour les puissances d'émission Donc, le problème d'allocation de puissance donnée par la
Figure imgf000013_0004
relation (15) possède une structure non-convexe qui ne peut pas être résolue directement. En réarrangeant les termes dans la fonction objective du probieme d'allocation de puissance donné par la relation ( 15), on obtient :
Figure imgf000013_0002
fcav(Vp) est une fonction strictement concave de VP alors que fvex(VP) est strictement convexe. Ainsi, le problème d'allocation de puissance donné par la relation (19) a une structure de différence de convexe (D.C.) qui peut être efficacement résolue par un algorithme concave-convexe CCCP [17]. L'algorithme concave-convexe CCCP est donné en pseudo langage C dans le Tableau 1 en Annexe A. L'algorithme concave-convexe CCCP proposé converge vers une solution quasi optimale.
L'idée principale d'un algorithme concave-convexe CCCP est de linéariser itérativement fvex(Yp) par un développement de Taylor au premier ordre à un point fixe courant [18]. Soit Vp 1^ =
Ie Point fixe à la /-ième itération. Alors le problème d'allocation de puissance donné par
Figure imgf000013_0005
(19) peut être résolu par la programmation séquentielle suivante :
Figure imgf000013_0006
Bien que le problème exprimé par la relation (20) soit un problème d'optimisation convexe, la méthode du point intérieur peut ne pas être une façon efficace de résoudre ce problème à cause de la nature itérative de la méthode de point-intérieur et de l'algorithme CCCP. Afin de réduire la complexité de calcul, un mode de réalisation consiste à résoudre le problème (20) en utilisant 3a condition KKT (Karush-Kuhn-Tucher) pour obtenir une solution sous forme analytique.
Figure imgf000014_0003
Avec ces notations, le problème d'allocation de puissance exprimé par la relation (20) peut être écrit sous la forme :
Figure imgf000014_0001
F(Vp ) dans la relation (25) est concave et est valide uniquement lorsque Z1≥ 0 et Z2≥ 0. Pour résoudre le problème d'allocation de puissance exprimé par la relation (25), i! faut d'abord examiner s'il existe ou pas un point stationnaire rendant Z1≥ 0 et Z2≥ 0 pour F(Vp). En fixant
Figure imgf000014_0004
peut être obtenu par :
Figure imgf000014_0005
(26)
Figure imgf000014_0002
Plusieurs cas peuvent être distingués. Cas 1 : Si alors il existe un point
Figure imgf000014_0007
Figure imgf000014_0006
peut être obtenu en résolvant le groupe d'équations suivant :
Figure imgf000015_0002
Le point étant connu, l'allocation de puissance optimale vérifiant la relation (25) peut être
Figure imgf000015_0003
dérivée en analysant la localisation relative de et de la région des points potentiels définie
Figure imgf000015_0004
par les relations (25a) et (25b). Les régions des points potentiels sont illustrées par les figures 4a-4e. Sur ces figures, la contrainte (25b) est représentée par un trait en pente. Pour différents paramètres, il y a cinq formes possibles pour la région des points potentiels comme représentées sur les figures 4a-4e. Dans la suite, l'allocation de puissance optimale vérifiant la relation (25) est déterminée pour chacun des scénarios illustrés par les différentes figures 4a-4e.
Scénario 1 : La région des points potentiels correspond à 3a zone ombrée de la figure 4a pour laquelle :
Figure imgf000015_0001
Les valeurs des coordonnées des intersections A, B, C et D sur la figure 4a peuvent alors être exprimées respectivement par ι Les
Figure imgf000015_0005
lignes de démarcation O-A, O-B, B-C, C-D et A-D correspondent aux contraintes 25a et 25b lorsqu'il y a égalité. Il y a alors quatorze localisations possibles pour Les différentes localisations
Figure imgf000015_0006
possibles de devraient conduire à différentes solutions. Ainsi, le problème d'allocation de
Figure imgf000015_0007
puissance exprimé par la relation (25) est résolu ci-après en analysant les différentes localisations possibles de
Figure imgf000015_0008
¾ (qui correspond à la zone de
Figure imgf000016_0001
localisation 5a sur les figures 4a-4e) alors le point [ρ'1, ρ'2] est dans la région des localisations possibles. Par conséquent
Figure imgf000016_0003
Si p\≤ 0 et p' 2≤ 0 (qui correspond à la zone de localisation 7 sur les figures 4a-4e) alors
Figure imgf000016_0004
(qui correspond à la zone de localisation 8 sur les figures 4a-4e)
Figure imgf000016_0005
alors il peut être prouvé à partir de la propriété de fonction concave que doit se situer sur la
Figure imgf000016_0013
frontière O-B. En substituant p2 = 0 dans l'équation (25), le problème d'allocation de puissance devient :
Figure imgf000016_0006
sous contrainte que
Figure imgf000016_0007
(28a) avec Étant donné que la fonction objective du problème (28) est concave en pi la
Figure imgf000016_0008
solution peut être facilement obtenue par une forme analytique. (qui correspond à la zone de localisation 6a sur
Figure imgf000016_0002
les figures 4a-4e) alors doit se situer sur la frontière B-C. Par conséquent en substituant ρ·, =
Figure imgf000016_0009
dans l'équation (25), le problème d'allocation de puissance devient :
Figure imgf000016_0012
Figure imgf000016_0010
avec donnée par (33b). La fonction objective du problème posé par l'équation (29) est concave en p2 par suite la solution peut être obtenue sous forme analytique.
Figure imgf000016_0011
et dans l'équation (25), le problème d'allocation
Figure imgf000017_0001
de puissance devient :
Figure imgf000017_0005
Figure imgf000017_0002
donnée par (33b) pour les figures 4a et 4c et avec pour les figures 4b et 4e et avec
Figure imgf000017_0008
Figure imgf000017_0007
pouf les figures 4a et 4b et avec pour les figures 4c et 4 e.
Figure imgf000017_0009
Figure imgf000017_0010
Le problème ci-dessus est un problème standard d'optimisation convexe à une seule variable. Par suite une solution de forme analytique peut être obtenue. (qui correspond à la zone de localisation 2a sur
Figure imgf000017_0006
les figures 4a-4e) alors doit se situer sur la frontière A-D. En substituant dans
Figure imgf000017_0011
Figure imgf000017_0012
l'équation (25), le problème d'allocation de puissance peut être transformé en un problème d'optimisation convexe à une seule variable 1
Figure imgf000017_0013
Figure imgf000017_0003
avec donnée par (33a). Une solution sous forme analytique peut donc être obtenue.
(¾ui correspond à la zone de localisation 4 sur les figures 4a, 4b et
Figure imgf000017_0014
4d) alors doit se situer sur la frontière O-A. En substituant p1— 0 dans l'équation (25), 3e problème d'allocation de puissance devient un problème typique d'optimisation convexe de p2 :
Figure imgf000017_0004
sous contrainte que (32a)
Figure imgf000017_0018
avec ρ pour les figures 4a, 4b et 4d. Une solution sous forme analytique peut donc être
Figure imgf000017_0015
obtenue.
Si (qui correspond à la zone de localisation 9a sur
Figure imgf000017_0016
les figures 4a-4e) alors doit se situer sur la frontière O-B ou B-C. Par conséquent, il faut
Figure imgf000017_0017
d'abord obtenir les solutions optimales respectivement des problèmes (28) sous contrainte que donnée par (33b) et ensuite
Figure imgf000018_0001
choisir la valeur Vp qui donne la plus grande valeur pour F(Vp) et retenir cette valeur Vp comme étant la valeur de
Figure imgf000018_0002
Figure imgf000018_0003
(ψύ correspond à la zone de localisation 9b sur les figures 4a-4e) alors
Figure imgf000018_0004
doit se situer sur une des frontières O-B , B-C et C-D pour la figure 4a ou sur une des frontières O-B , B-C et C-À pour Sa figure 4c. Par conséquent, il faut d'abord obtenir les solutions optimales des problèmes (28) sous contrainte que * pour O-B, (29) sous contrainte que
Figure imgf000018_0005
donnée par (33b) pour B-C et (30) avec la contrainte (30a) en prenant
Figure imgf000018_0006
Figure imgf000018_0008
donnée par (33b) et en prenant
Figure imgf000018_0007
pour C-À de la figure 4c. Ensuite, il faut choisir la valeur Vp qui donne la plus grande valeur pour
F(Vp ) et retenir cette valeur Vp comme étant la valeur de
Figure imgf000018_0009
(qui correspond à la zone de localisation 6b
Figure imgf000018_0010
sur les figures 4a-4e) alors
Figure imgf000018_0011
p doit se situer sur une des frontières B-C et C-D pour la figure 4a ou sur une des frontières B-C et C-A pour la figure 4c. Par conséquent, il faut d'abord obtenir les solutions optimales des problèmes (29) sous contrainte que donnée par (33b)
Figure imgf000018_0012
et (30) avec la contrainte (30a) en prenant donnée par (33b) et en prenant pour la
Figure imgf000018_0014
Figure imgf000018_0013
figure 4a ou pour la figure 4c. Ensuite, il faut choisir la valeur Vp qui donne la plus
Figure imgf000018_0015
grande valeur pour F(Vp) et retenir cette valeur Vp comme étant la valeur de \
Figure imgf000018_0016
(qui correspond à la zone de localisation 3 sur les figures 4a-4e)
Figure imgf000018_0017
alors doit se situer sur une des frontières dans les ensembles {B-C, C-D et À-D}, {B-D et A-
Figure imgf000018_0018
D }, {B-C et C-A} ou {B-C, C-A} respectivement pour les figures 4a, 4b, 4c ou 4d ou sur la frontière B-À pour la figure 4e. Par conséquent, selon les présences des frontières il faut d'abord obtenir les solutions optimales du problème (29) sous contrainte que donnée par (33b)
Figure imgf000018_0019
pour B-C, du problème (31) sous contrainte que donnée par (33a) pour À-D
Figure imgf000018_0020
et du problème (30) pour B-D avec la contrainte (30a) en prenant
Figure imgf000018_0021
problème (30) pour C-D avec la contrainte (30a) en prenant
Figure imgf000018_0022
du problème (30) pour C-A avec la contrainte (30a) en prenant donnée par
Figure imgf000018_0023
Qk/g-i- el/oudu problème (30) pour B-A avec la contrainte (30a) en prenant
Figure imgf000018_0024
Qk/fji- Ensuite, il faut choisir la valeur Vp qui donne la plus grande valeur pour F(Vp) et retenir cette valeur Vp comme étant la valeur de
Figure imgf000019_0002
S
Figure imgf000019_0003
(qui correspond à la zone de localisation 2b sur les figures 4a-4e) alors
Figure imgf000019_0004
doit se situer sur une des frontières C-D et A-D pour la figure 4a et sur une des frontières B-D et A-D pour la figure 4b. Par conséquent, il faut d'abord obtenir les solutions optimales du problème (30) avec la contrainte (30a) en prenant donnée par (33b) pour
Figure imgf000019_0022
C-D ou en prenant χ et du problème (31) pour A-D avec la
Figure imgf000019_0005
contrainte (31a) en prenant donnée par (33a). Ensuite, il faut choisir la valeur Vp qui donne la
Figure imgf000019_0006
plus grande valeur pour F(Vp) et retenir cette valeur Vp comme étant la valeur de
Figure imgf000019_0007
Si
Figure imgf000019_0009
k (qui correspond à la zone de localisation lb sur les figures 4a-4e) alors doit se situer sur une des frontières C-D, A-D et O-A pour la figure 4a et sur une des
Figure imgf000019_0008
frontières B-D, À-D et O-A pour la figure 4b. Par conséquent, i! faut d'abord obtenir les solutions optimales du problème (31) pour A-D avec la contrainte (31a) en prenant ρψιη donnée par (33a), du problème (32) pour O-A avec la contrainte et du problème (30) avec la contrainte
Figure imgf000019_0010
Figure imgf000019_0012
(30a) en prenant n donnée par (33b) pour C-D et pour B-D. Ensuite, il
Figure imgf000019_0011
faut choisir la valeur Vp qui donne la plus grande valeur pour F(Vp) et retenir cette valeur Vp comme étant la valeur de
Figure imgf000019_0014
j (qui correspond à la zone de localisation la sur
Figure imgf000019_0015
les figures 4a-4e) alors doit se situer sur une des frontières À-D et O-A. Par conséquent, il faut
Figure imgf000019_0016
d'abord obtenir les solutions optimales du problème (31) avec la contrainte (33a) en prenant
Figure imgf000019_0021
donnée par (31a) et du problème (32) avec la contrainte (32a) en prenant Ensuite, il
Figure imgf000019_0017
faut choisir la valeur Vp qui donne la plus grande valeur pour F(Vp) et retenir cette valeur Vp comme étant la valeur de
Figure imgf000019_0018
Scénario 2 i La région des points possibles est représentée comme la zone ombrée sur la figure 4b qui se produit sous les conditions que
Figure imgf000019_0019
Cette région est un cas particulier de celle obtenue avec le scénario 1 lorsque les
Figure imgf000019_0020
intersections C et B coïncident l'une avec l'autre, c'est-à-dire que p
Figure imgf000019_0001
, De manière similaire au scénario 1, le problème (25) est résolu en analysant toutes les localisations possibles du point comme illustré par la figure 4b. Les localisations possibles de
Figure imgf000020_0001
Figure imgf000020_0002
correspondant à chaque localisation de sont rassemblées dans le tableau 2a en annexe A.
Figure imgf000020_0003
En particulier, les solutions optimales sur les frontières O-B, B-D, A-D et O-A peuvent être obtenues en résolvant respectivement les problèmes (28), (30), (31) et (32). Par rapport au Scénario 1, le Scénario 2 trouve les nouvelles localisations 6, 8a, 8b et 9; toutes les autres localisations ont été analysées dans la partie liée au Scénario 1. Nous allons considérer ces nouvelles localisations dans la suite. Possédant le point venu de la résolution de (27), les différentes localisations
Figure imgf000020_0004
possibles de devraient conduire à différentes solutions.
Figure imgf000020_0005
Si
Figure imgf000020_0006
(qui correspond à la zone de localisation 6 sur les figures 4b et 4e) alors doit se situer sur la frontière B-D pour la figure 4b ou sur une
Figure imgf000020_0007
frontière B-À pour la figure 4e. Par conséquent, il faut d'abord obtenir la solution optimale du problème (30) avec la contrainte (30a) en prenant
Figure imgf000020_0009
et en prenant pour 3a
Figure imgf000020_0008
figure 4 b ou Pour ^a figure 4e. Ensuite, i] faut retenir cette valeur XL comme étant la
Figure imgf000020_0010
valeur de
Figure imgf000020_0012
La localisation 6 se trouve aussi sur la figure 4d où le point sera en
Figure imgf000020_0011
cadré par doit se situer sur la frontière
Figure imgf000020_0013
B-C; Par conséquent, il faut d'abord obtenir la solution optimale du problème (29) avec la contrainte (29a) en prenant ensuite, il faut retenir cette valeur Vp comme étant la valeur de
Figure imgf000020_0014
Figure imgf000020_0015
Si 0 < p\≤ Qk/gi et p'2≤ 0 (qui correspond à la zone de localisation 8a sur les figures 4a-4e) alors doit se situer sur la frontière O-B. Par conséquent, il faut d'abord obtenir la solution
Figure imgf000020_0016
optimale du problème (28) avec la contrainte (28a) en prenant ; ensuite, il faut retenir
Figure imgf000020_0017
cette valeur comme étant la valeur de
Figure imgf000020_0018
Si Çfc/gi < p'i et p' 2≤ 0 (qui correspond à la zone de localisation 8b ou 9 sur les figures 4b et 4e) alors
Figure imgf000020_0019
doit se situer sur une des frontières O-B et B-D pour la figure 4b et sur une des frontières O-B et B-À pour la figure 4e. Par conséquent, il faut d'abord obtenir Ses solutions optimales des problèmes (28) avec la contrainte (28a) en prenant
Figure imgf000020_0021
et (30) avec la contrainte (30a) en prenant pour B-À. Ensuite, il faut choisir la
Figure imgf000020_0020
valeur Vp qui donne la plus grande valeur pour F(Vp) et retenir cette valeur Vp comme étant la valeur de La localisation 9 se trouve aussi dans la figure 4d où elle est encadrée par
Figure imgf000021_0002
Figure imgf000021_0003
doit se situer sur une des frontières O-B et B-C. Par
Figure imgf000021_0004
conséquent, il faut d'abord obtenir les solutions optimales des problèmes (28) avec la contrainte (28a) en prenant avec la contrainte (29a) en prenant ensuite il faut
Figure imgf000021_0005
Figure imgf000021_0006
choisir la valeur Vp qui donne la plus grande valeur pour F{ Vp) et retenir cette valeur Vp comme étant la valeur de
Figure imgf000021_0007
Scénario 3 : La région des points possibles est illustrée par la zone ombrée de Sa figure 4c qui correspond aux conditions : Cette
Figure imgf000021_0008
région est un cas particulier de la région du scénario 1 corres ondant au cas où les intersections A et D coïncident l'une vers l'autre. C'est-à-dire q quuee . Les focalisations
Figure imgf000021_0001
possibles de
Figure imgf000021_0009
p coiTespondant à toutes les localisations statiomiaires sont rassemblées dans le tableau 2b en annexe A. En particulier, les solutions optimales sur les frontières O-B, B-C, A-C et O- A peuvent être obtenues en résolvant respectivement les problèmes (28), (29), (30) et (32). Par rapport aux Scénarios 1 et 2, le Scénario 3 trouve les nouvelles localisations 1, 2, 4a et 4b; toutes les autres localisations ont été analysées dans la partie liée au Scénario 1. Nous allons considérer ces nouvelles localisations dans la suite. Possédant le point venu de la résolution de (27), les différentes
Figure imgf000021_0010
localisations possibles de devraient conduire à différentes solutions.
Figure imgf000021_0011
S (qui correspond à la zone de localisation 1 ou 4b sur les
Figure imgf000021_0012
figures 4c et 4e) alors doit se situer sur une des frontières O-A et A-C pour la figure 4c et O-A
Figure imgf000021_0013
et À-B pour 3a figure 4e. Par conséquent, i] faut d'abord obtenir les solutions optimales des problèmes (32) avec la contrainte (32a) en prenant
Figure imgf000021_0014
et (30) avec la contrainte (30a) en prenant
Figure imgf000021_0015
pour A-B. Ensuite, il faut choisir la valeur Vp qui donne la plus grande valeur pour P(¾) et retenir cette valeur Vp comme étant la valeur de
Figure imgf000021_0016
La localisation 1 se trouve aussi dans la figure 4d où elle est encadrée par
Figure imgf000021_0017
Figure imgf000021_0018
doit se situer sur une des frontières O-A et A-C de la figure 4d. Par conséquent, il faut d'abord obtenir les solutions optimales des problèmes (32) avec la contrainte (32a) en prenant et (31) avec la contrainte (31a) en prenant ensuite, il faut
Figure imgf000021_0020
Figure imgf000021_0019
choisir la valeur Vp qui donne la plus grande valeur pour et retenir cette valeur Vp comme étant la valeur de
Figure imgf000022_0002
(qui correspond à la zone de localisation 2
Figure imgf000022_0003
sur les figures 4c et 4e) alors doit se situer sur la frontière A-C pour la figure 4c et À-B pour la
Figure imgf000022_0004
figure 4e. Par conséquent, il faut d'abord obtenir la solution optimale du problème (30) avec la contrainte (30a) en prenant pour A-C et pour À-B ;
Figure imgf000022_0005
Figure imgf000022_0006
ensuite, il faut retenir cette valeur Vp comme étant la valeur de
Figure imgf000022_0007
La localisation 2 se trouve aussi dans la figure 4d où elle est encadrée par
Figure imgf000022_0008
alors doit se situer sur la frontière A-C de la figure 4d. Par conséquent, il faut d'abord obtenir la
Figure imgf000022_0009
solution optimale du problème (31) avec la contrainte (31a) en prenant ensuite, il faut
Figure imgf000022_0010
retenir cette valeur Vp comme étant la valeur de
Figure imgf000022_0011
(qui correspond à la zone de localisation 4a sur les
Figure imgf000022_0012
figures 4a-4e) alors doit se situer sur la frontière O-A. Par conséquent, il faut d'abord obtenir la
Figure imgf000022_0015
solution optimale du problème (32) avec Sa contrainte (32a) en prenant ; ensuite, il faut
Figure imgf000022_0013
retenir cette valeur Vp comme étant la valeur de
Figure imgf000022_0014
Scénario 4 : La région des points possibles est illustrée par la zone ombrée de la figure 4d qui Cette région est un cas particulier de celle du
Figure imgf000022_0016
scénario 1 correspondant au cas où les intersections C et D coïncident l'une avec l'autre. C'est-à-dire que
Figure imgf000022_0001
sont rassemblées dans le tableau 2(c) en annexe A. En particulier, les solutions optimales sur les frontières O-B, B-C, A-C et O-A peuvent être obtenues en résolvant respectivement les problèmes (28), (29), (31) et (32). Par rapport aux Scénarios 1, 2 et 3, le Scénario 4 trouve la nouvelle localisation 5; toutes les autres localisations ont été analysées dans les parties liées aux Scénario 1, 2 et 3. Nous allons considérer cette nouvelle localisation dans la suite. Possédant le point venu de la résolution de (27), les
Figure imgf000022_0017
différentes localisations possibles de devraient conduire à différentes solutions.
Figure imgf000022_0018
(qui correspond à la zone de
Figure imgf000022_0019
localisation 5 sur les figures 4a-4e) alors le point est dans la région des localisations
Figure imgf000022_0021
possibles. Par conséquent
Figure imgf000022_0020
Scénario 5 : La région des points possibles est illustrée par la zone ombrée de la figure 2(e) qui correspond aux conditions : Cette région est un cas particulier de
Figure imgf000023_0001
celle du scénario 1 et correspond au cas où les intersections A et B coïncident respectivement avec les intersections 13 et C. Par conséquent,
Figure imgf000023_0002
Les localisations possibles de sont rassemblées dans le tableau 2(d) en Annexe A. En
Figure imgf000023_0003
particulier, les solutions optimales sur les frontières O-B, A-C et O-A peuvent être obtenues en résolvant respectivement les problèmes (28), (30), et (32). Toutes les localisations ont été analysées dans les parties liées aux Scénarios 1, 2, 3 et 4.
doit se
Figure imgf000023_0004
trouver sur les frontières de la région des points possibles. Par conséquent, il faut obtenir les solutions optimales pour les problèmes (28), (29), (30), (31) et (32). Ensuite, il faut choisir la valeur Vp qui donne la plus grande valeur pour et retenir cette valeur Vp comme étant la valeur de
Figure imgf000023_0009
Optimisation de la couche extérieure
Connaissant les puissances de transmission optimales, le nouveau problème primai (12) devient un problème de programmation d'entier 0-1 :
Figure imgf000023_0005
sous contrainte de la relation (5 a)
avec obtenu en injectant les puissances optimales (Vpmax) dans la relation (13). Il vient de
Figure imgf000023_0006
ces relations (21) et (13) que chaque porteuse doit être attribuée à la paire d'utilisateurs avec la valeur maximale de Par suite on obtient :
Figure imgf000023_0007
Figure imgf000023_0008
La résolution du problème dual permet de trouver les variables secondaires ym et λ. Compte tenu que le problème dual est toujours convexe, le procédé du sous-gradient peut être utilisé pour minimiser
G(rsλ) avec une garantie de convergence [16]. Soient et les variables secondaires dans la l- ième itération. Les variables secondaires dans la (' + 1) -ième itération peuvent alors être obtenues à partir de :
Figure imgf000024_0001
et
avec
Figure imgf000024_0002
(
de G(r,λ), avec s(i) 3a taille de pas à ia /-ième itération [16],
Pour assurer la convergence du procédé du sous-gradient, le procédé adopte une taille de pas en diminution.
La vérification de la convergence est effectuée en déterminant l'évolution de la variation de la valeur du débit selon (5) entre itérations successives. Si la convergence est vérifiée, les itérations sont stoppées. Selon un autre mode, le critère d'arrêt peut être un nombre d'itérations atteint.
Les figures 5 et 6 illustrent des résultats de simulation. Le système simulé est un réseau hétérogène Hetnet avec une station de base macro macro-BS entourée de trois stations de base pico pico-BS. La distance entre la station de base macro et chaque station de base pico est de 150 mètres. Pour évaluer les performances du procédé selon l'invention, le débit de toutes les pico-cellules est pris comme métrique de performance. Les paramètres de simulation sont les suivants. Dans chaque pico- cellule, il y a six mobiles UU en communication montante et six mobiles DU en communication descendante distribués au hasard entre la distance de référence de 50 mètres et la distance de service maximale de 150 mètres. Il y a seize porteuses. Chacune d'elle a une largeur de bande de 180 KHz et une variance de bruit de -139 dBm/Ήζ. Comme il existe une forte composante de vue directe entre l'émetteur et le récepteur de l'antenne FD à la station de base pico, le gain de puissance du canal d'auto interférence SI sur la porteuse k peut être exprimé sous la forme est la constante
Figure imgf000024_0005
d'annulation de l'auto interférence SI et KK est une variable aléatoire Ricianne avec un facteur de 6 dB [3 ].
Le canal du lien montant, le canal du lien descendant, le canal d'interférence inter-nœud et le canal d'interférence intra-niveau sont tous modélisés comme des canaux d'affaiblissement de Rayleigh. Par souci de simplicité d'analyse, tous les mobiles UU sont supposés avoir la même puissance totale d'émission
Figure imgf000024_0003
et chaque station de base pico de chaque pico-celiule est supposée avoir la même puissance d'émission maximale
Figure imgf000024_0004
La figure 5 donne le débit moyen obtenu en fonction des puissances maximales
Figure imgf000025_0002
Cette figure illustre la performance du procédé proposé en supposant que le CSI (Channel State Information) des canaux d'interférence iatra-niveau est parfaitement connu. A titre de comparaison, nous considérons dans les simulations un algorithme d'allocation des ressources HD qui applique les algorithmes d'allocation des ressources de [21] et [22] aux transmissions respectivement de la liaison montante et de la liaison descendante dans les pico-celluies. La figure 5 permet d'observer que les débits moyens des deux algorithmes augmentent avec l'augmentation de
Figure imgf000025_0003
et que l'algorithme proposé réalise toujours une bien meilleure performance. Par exemple, lorsque
Figure imgf000025_0004
dBm et le débit moyen de l 'algorithme proposé est d'environ 17,2 Mbits ce qui est
Figure imgf000025_0005
plus de 80% supérieure à celui de la méthode HD. Par conséquent, l'algorithme proposé peut améliorer l'efficacité du spectre.
La figure 6 illustre le débit moyen versus Δk obtenu avec l'algorithme proposé. Les conditions de simulations sont les suivantes. un modèle déterministe
Figure imgf000025_0006
d'incertitude de canal et pour toutes les porteuses, le seuil pour chaque porteuse est supposé égal au niveau de puissance de bruit : Qk = δ . En outre, le m-ième élément diagonal de Ck i de la relation (6) est posé égal à : cm =
Figure imgf000025_0001
où V est une constante. Sur la figure on peut observer que le débit moyen diminue avec l'augmentation de V ou de Δk. Ceci vient du fait qu'une augmentation de V ou de Δk élargie la région d'incertitude de
Figure imgf000025_0007
ce qui augmente la probabilité d'un canal à forte interférence. Ainsi, un contrôle de puissance plus conservatif est imposé pour protéger la transmission de pico-cellule contre l'interférence inter-niveau i.e lorsque V ou Δk augmente les puissances allouées diminuent.
La structure simplifiée d'une station de base macro d'un réseau d'accès hétérogène Hetnet full- duplex comprenant plusieurs stations de base dont la station de base macro et des stations de base pico reliées à la station de base macro par un lien haut-débit, mettant en œuvre un procédé d'allocation de ressources selon l'invention est décrite ci-après et illustrée par la figure 7.
Une telle station BS comprend un émetteur EM, un récepteur RE, une ou plusieurs antennes d'émission/réception TX/RX, une mémoire de stockage ME, une unité de traitement DSP équipée par exemple d'un microprocesseur et pilotée par un programme d'ordinateur Pg mettant en œuvre un procédé selon l'invention.
A l'initialisation, les instructions de code du programme d'ordinateur Pg sont par exemple chargées depuis la mémoire ME dans une mémoire RAM avant d'être exécutées par le processeur de l'unité de traitement DSP. L'unité de traitement DSP reçoit en entrée des données de signalisation ainsi que des paramètres. Par exemple elle récupère des information de canal CSI et en déduit les gains de canaux en communication montante, les gains de canaux en communication descendante et les gains d'auto interférence (SI) respectivement notés les gains de canaux
Figure imgf000026_0002
d'interférence inter-nœuds ou cellules notés hm, n k, i, Elle connaît en outre :
Figure imgf000026_0003
L'unité de traitement DSP met en œuvre un procédé selon l'invention décrit précédemment, selon les instructions du programme d'ordinateur Pg. Pour cela, l'unité de traitement DSP comprend un calculateur par exemple un microprocesseur pour obtenir une expression duale du débit somme et faire apparaître dans l'expression deux variables ym et λ multiplicatives respectivement d'une contrainte sur la puissance émise par un mobile m et d'une puissance émise par une station de base pico i. Ce calculateur est piloté par le microprocesseur ou fait partie du microprocesseur. Pour une station de base i déterminée, le calculateur initialise les valeurs des variables {ym} et λ et de manière itérative, le calculateur :
détermine de manière exhaustive pour chaque porteuse k, pour toutes paires (m, n) de communications montante depuis le mobile m et descendante vers un mobile n, les puissances d'émission de la station de base i et du mobile m sous contrainte
Figure imgf000026_0001
d'une interférence intercellulaire impactant les L— 1 autres stations de base et les mobiles en communication avec ces stations de base, 1≤ m≤ Μι, 1 < n < 1≤ k≤ K,
détermine l'ensemble des triplets porteuse et paires de puissance qui optimise l'expression duale pour les valeurs des variables {ym} et λ, m = 1, ... Mi, et - modifie la valeur de l'ensemble {ym} et la valeur de la variable λ, m = 1, ... Mi, selon une méthode du sous-gradient et
stoppe les itérations dès qu'une condition de convergence du débit somme ou du nombre maximal d'itérations est atteinte.
Le débit somme du réseau d'accès hétérogène est alors maximisé.
Selon une implémentation préférée, les étapes du procédé selon l'invention sont déterminées par les instructions d'un programme incorporé dans un circuit électronique telle une puce elle-même pouvant être disposée dans un dispositif électronique tel une station de base ou un point d'accès pico. Le procédé selon l'invention peut tout aussi bien être mis en œuvre lorsque ce programme (ou ses modules) est chargé dans un organe de calcul tel un processeur ou équivalent dont le fonctionnement est alors commandé par l'exécution du programme.
En conséquence, l'invention s'applique également à un programme d'ordinateur (ou ses différents modules), notamment un programme d'ordinateur sur ou dans un support d'informations, adapté à mettre en œuvre l'invention. Ce programme peut utiliser n'importe quel langage de programmation, et être sous la forme de code source, code objet, ou de code intermédiaire entre code source et code objet tel que dans une forme partiellement compilée, ou dans n'importe quelle autre forme souhaitable pour implémenter un procédé selon l'invention.
Le support d'informations peut être n'importe quelle entité ou dispositif capable de stocker le programme. Par exemple, le support peut comporter un moyen de stockage, tel qu'une ROM, par exemple un CD ROM ou une ROM de circuit microélectronique, ou encore un moyen d'enregistrement magnétique, par exemple une disquette (floppy dise) ou un disque dur.
Alternativement, le support d'informations peut être un circuit intégré dans lequel le programme est incorporé, le circuit étant adapté pour exécuter ou pour être utilisé dans l'exécution du procédé en question.
D'autre part, le programme peut être traduit en une forme transmissible telle qu'un signal électrique ou optique, qui peut être acheminé via un câble électrique ou optique, par radio ou par d'autres moyens. Le programme selon l'invention peut être en particulier téléchargé sur un réseau de type Internet.
Références :
[3] M. Duarte, C. Dick, and A. Sabharwal, "Experiment-driven characterization of full-duplex wireless Systems," IEEE Trans. Wireless Commun., vol. 11, no. 12, pp. 4296-4307, Dec. 2012.
[5] S. Xiao, S. Guo, X. Zhou, D. Feng, Y. Yuan-Wu, G. Li, and W. Guo, "Joint uplink and downlink resource allocation in full-duplex OFDMA networks," in Proc. IEEE Int. Conf. on Commun. (ICC' 16), 2016
[14] S. Parsaeefard and A. R. Sharafat, "Robust worst-case interférence control in underlay cognitive radio networks," IEEE Trans. Veh. Technol., vol. 61, no. 8, pp. 3731-3745, 2012.
[15] S.-J. Kim, N. Y. Soltani, and G. Giannakis, "Resource allocation for OFDMA cognitive radios under channel uncertainty," IEEE Trans. Wireless Commun., vol. 12, no. 7, pp. 3578-3587, 2013.
[16] W. Yu and R. Lui, "Dual methods for nonconvex spectrum optimization of multicarrier Systems," IEEE Trans. Commun., vol. 54, no. 7, pp. 1310-1322, M. 2006 [17] A. L. Yuille and A. Rangarajan, "The concave-convex procédure (CCCP)," in Proc. Advances in Neural Inform. Process. Syst., 2001, pp.1033-1040
[17] A. L. Yuille and A. Rangarajan, "The concave-convex procédure (C-CCP)," in Proc. Advances in Neural Inform. Process. Syst., 2001, pp.1033-1040.
[18] D. Feng, G. Yu, C. Xiong, Y. Yuan-Wu, G. Y. Li, G. Feng, and S. Li, "Mode switching for energy-efficient device-to-device communications in cellular networks," IEEE Trans. Wireless Commun., vol. 14, no. 12, pp. 6993-7003, Dec. 2015. [21] C. Y. Ng and C. W. Sung, "Low complexity subcarrier and power allocation for utility maximization in uplink OFDMA Systems," IEEE
Trans. Wireless Commun., vol. 7, no. 5, pp. 1667-1675, 2008.
[22] J. Jang and K. B. Lee, "Transmit power adaptation for multiuser OFDM Systems Areas Commun., vol. 21, no. 2, pp. 171-178, 2003.
Annexe A
Preuve du théorème
Par souci de simplicité, p1 ( p2 et L sont utilisés respectivement pour remplacer
Figure imgf000029_0003
dans la relation (13). Ainsi :
Figure imgf000029_0002
Figure imgf000029_0001
L'origine de l'inégalité vient du fait que p1≥ 0 et p2≥ 0. Ainsi, si
Figure imgf000029_0004
Autrement dit, L est toujours décroisant avec p1 pour p1≥ 0 et p2≥ 0. Ainsi, l'optimal de p1 pour la relation (15) devrait être mis à zéro. De même, si on peut obtenir que p2 = 0.
Figure imgf000029_0005
Tableau 1
Figure imgf000029_0006
ableau 2
Figure imgf000030_0001
Figure imgf000030_0002

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé (1) d'allocation de porteuse (k) et de détermination de puissance émise pour Mi communications montantes (UUs) etNi communications descendantes (DUs) entre des mobiles half-duplex et une station de base i parmi L stations de base (Pico-BS) d'un réseau d'accès full- duplex, une bande fréquentielle de K porteuses étant allouée pour les L stations de base avec un accès au canal de transmission de type OFDMA, pour maximiser un débit somme du réseau d'accès, caractérisé en ce que le procédé considère un Lagrangien duale du débit somme en faisant apparaître dans son expression des variables {ym} et λ multiplicatives respectivement d'une contrainte sur des puissances émises par des mobiles {m}, m = 1, ... Mi, et d'une puissance émise par une station de base i, et en ce que pour une station de base i déterminée, le procédé initialise les valeurs des variables {ym} et λ et de manière itérative, le procédé :
détermine de manière exhaustive pour chaque porteuse k, pour toutes paires (m, n) de communications montante depuis le mobile m et descendante vers un mobile n, les puissances (Pn,k,i> Pm,k.i) d'émission de la station de base i et du mobile m sous contrainte d'une interférence intercellulaire impactant les L— 1 autres stations de base et les mobiles en communication avec ces stations de base, 1 < m≤ Mi, 1 < n < Ni, 1 < k≤ K,
détermine un ensemble de triplets porteuse et paires de puissance qui optimise l'expression duale pour les valeurs des variables {ym} et λ, m = 1, ... Mi, et modifie les valeurs des variables {ym} et λ, m = 1, ... Mi, selon une méthode du sous- gradient et
stoppe les itérations dès qu'une condition de convergence du débit somme ou du nombre maximal d'itérations est atteinte.
2. Procédé (1) d'allocation de porteuse selon la revendication 1 dans lequel l'expression de la contrainte d'interférence intercellulaire est la suivante :
Figure imgf000031_0001
expression dans laquelle :
est un vecteur des estimations maximales des canaux interférents entre
Figure imgf000031_0002
chaque émetteur m∈ {0, ... , Mi} de la cellule i∈ {1, . . , L} et tous les récepteurs n∈ {0, ... , Nj] de la cellule j∈ {1, . . , L], j≠ i, pour la porteuse k et où l'indice 0 pour m et n représente la station de base respectivement des cellules i et y', Δk i est une borne d'une erreur d'estimation des canaux interférents pour la porteuse k et la cellule i, c1 , ... , cM.+1 est un vecteur de poids déterminés,
est un vecteur de puissances d'émission pour la porteuse k avec
Figure imgf000032_0001
*a somme des puissances allouées pour les communications descendantes entre la station
Figure imgf000032_0002
de base i et les récepteurs n∈ {1, ... , Ni) et la puissance allouée pour la communication
Figure imgf000032_0003
montante entre l'émetteur m e 1, ... , Mi et la station de base i,
Qk un seuil déterminé de puissance pour la porteuse k.
3. Procédé (1) d'allocation de porteuse selon la revendication précédente dans lequel le seuil Qk de puissance pour la porteuse k est égal à un niveau de puissance de bruit pour cette porteuse et dans lequel chaque poids cm du vecteur de poids c1 , ... , cM.+1 est égal à
Figure imgf000032_0004
avec v une constante.
4. Procédé (1) d'allocation de porteuse selon la revendication 1 dans lequel le procédé détermine des seuils pour les variables ym et λ au-delà desquels la puissance optimale d'émission est
Figure imgf000032_0005
nulle respectivement pour le mobile m et pour la station de base i et dans lequel lorsque les deux variables ym et λ sont respectivement inférieures aux deux seuils alors la détermination
Figure imgf000032_0007
des puissances d'émission est effectuée au moyen d'un algorithme concave-convexe (CCCP).
5. Station de base (BS) d'un réseau d'accès full-duplex comprenant L— 1 autres stations de base reliées à la station de base par un lien haut-débit, comprenant un calculateur adapté pour la mise en œuvre d'un procédé (1) d'allocation de porteuse (k) et de détermination de puissance émise pour Mi communications montantes (UU) et Ni communications descendantes (DU) entre des mobiles half-duplex et une station de base parmi les L stations de base (ou Pico-BS) du réseau d'accès, une bande fréquentielle de K porteuses étant allouée pour les L stations de base avec un accès au canal de transmission de type OFDMA, pour maximiser un débit somme du réseau d'accès, caractérisé en ce que le procédé considère un Lagrangien duale du débit somme en faisant apparaître dans son expression des variables {ym} et λ multiplicatives respectivement d'une contrainte sur des puissances émises par des mobiles {m}, m = 1, ... Mi, et d'une puissance émise par une station de base i, et en ce que pour une station de base i déterminée, le procédé initialise les valeurs des variables {ym} et λ et de manière itérative, le procédé :
détermine de manière exhaustive pour chaque porteuse k, pour toutes paires (m, n) de communications montante depuis le mobile m et descendante vers un mobile n, les puissances d'émission de la station de base i et du mobile m sous
Figure imgf000032_0006
contrainte d'une interférence intercellulaire impactant les L— 1 autres stations de base et les mobiles en communication avec ces stations de base, 1 < m≤ Mi, 1 < n < Ni, 1 < k≤ K,
détermine un ensemble de triplets porteuse et paires de puissance qui optimise l'expression duale pour les valeurs des variables {ym} et λ, m = 1, ... Mi,
modifie la valeur de variables {ym} et λ selon une méthode du sous-gradient et stoppe les itérations dès qu'une condition de convergence du débit somme ou du nombre maximal d'itérations est atteinte.
6. Réseau d'accès comprenant au moins une première station de base selon la revendication précédente et L autres stations de base avec toutes les stations de base en full-duplex.
7. Réseau d'accès selon la revendication précédente dans lequel la première station de base est de type macro et les L autres stations de base sont de type pico.
8. Produit programme d'ordinateur sur un support d'informations, ledit programme comportant des instructions de programme adaptées à la mise en œuvre d'un procédé d'allocation de porteuse (k) et de détermination de puissance émise selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 lorsque ledit programme est chargé et exécuté dans une station de base destinée à mettre en œuvre le procédé d'allocation de porteuse (k) et de détermination de puissance émise.
9. Support d'informations comportant des instructions de programme adaptées à la mise en œuvre d'un procédé d'allocation de porteuse (k) et de détermination de puissance émise selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 lorsque ledit programme est chargé et exécuté dans une station de base destinée à mettre en œuvre le procédé d'allocation de porteuse (k) et de détermination de puissance émise.
PCT/FR2017/053090 2016-11-21 2017-11-13 Procédé d'allocation de ressources dans un réseau d'accès, station de base, produit programme d'ordinateur et support d'information correspondants Ceased WO2018091811A1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1661316 2016-11-21
FR1661316A FR3059197A1 (fr) 2016-11-21 2016-11-21 Procede d'allocation de ressources dans un reseau d'acces, station de base, produit programme d'ordinateur et support d'information correspondants

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2018091811A1 WO2018091811A1 (fr) 2018-05-24
WO2018091811A9 true WO2018091811A9 (fr) 2018-08-23

Family

ID=58213242

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/FR2017/053090 Ceased WO2018091811A1 (fr) 2016-11-21 2017-11-13 Procédé d'allocation de ressources dans un réseau d'accès, station de base, produit programme d'ordinateur et support d'information correspondants

Country Status (2)

Country Link
FR (1) FR3059197A1 (fr)
WO (1) WO2018091811A1 (fr)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108924881B (zh) * 2018-08-20 2021-09-17 中国联合网络通信集团有限公司 一种车载流量分配方法和系统
CN110493854B (zh) * 2019-06-11 2022-08-23 厦门市合佳兴电子有限公司 一种基于优化理论的wpt-mec网络上下行资源分配与功率控制机制
CN114143208B (zh) * 2020-08-14 2025-01-14 中国移动通信有限公司研究院 数据建模方法、装置及建模设备
CN115882986B (zh) * 2022-11-30 2025-03-21 同济大学 一种预测接收信号功率的无线电波传播信道建模方法
CN116634404B (zh) * 2023-05-12 2025-09-05 华南理工大学 一种基于原始对偶-图卷积网络的车联网资源分配方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2488871A1 (fr) * 2004-11-26 2006-05-26 Wei Yu Systeme, methode et logiciel pour optimiser les lignes d'abonne numeriques en vue de l'equilibrage des frequences d'utilisateurs multiples
CN103210622B (zh) * 2010-11-12 2017-03-01 诺基亚通信公司 用于通信系统中的资源分配的方法和设备

Also Published As

Publication number Publication date
FR3059197A1 (fr) 2018-05-25
WO2018091811A1 (fr) 2018-05-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3461030B1 (fr) Méthode d&#39;allocation de ressources fréquentielles pour un système de télécommunication par satellite
WO2018091811A9 (fr) Procédé d&#39;allocation de ressources dans un réseau d&#39;accès, station de base, produit programme d&#39;ordinateur et support d&#39;information correspondants
EP2413642B1 (fr) Méthode distribuée d&#39;allocation de puissance sous contrainte de qualité de service
EP3075088B1 (fr) Procédé de coordination d&#39;émetteurs radio base sur un codage de niveau de puissance émise et émetteur correspondant
Dehghani Firouzabadi et al. Sensing‐throughput optimisation for multichannel cooperative spectrum sensing with imperfect reporting channels
EP3794896B1 (fr) Allocation de ressources de transmission à des terminaux d2d dans un réseau d&#39;accès cellulaire
EP1882316B1 (fr) Procede d&#39;attribution de sous bandes de frequences a des liaisons radiofrequences montantes et reseau mettant en ævre un tel procede
EP3977785B1 (fr) Procédé de sélection parmi une pluralité de valeurs possibles de puissance d&#39;émission déterminées pour un acces non coordonné au medium de communication, et appareils correspondants
FR2851401A1 (fr) Dispositif et methode de controle d&#39;admission et de congestion de la configuration d&#39;un reseau de communication sans fil
Bicais Design of the physical layer for future sub-terahertz communication systems
EP4364315B1 (fr) Procédé de communication entre un satellite serveur d&#39;un réseau de communication satellitaire et un équipement utilisateur
EP3928447B1 (fr) Réduction d&#39;interférence depuis un premier point d&#39;accès par un deuxième point d&#39;accès utilisant une donnée représentative des paramètres de transmission
EP4203591B1 (fr) Procédé et système d&#39;ordonnancement des transmissions dans un réseau de radiocommunication ad hoc
CN114828241B (zh) 保护传输免受扰动
EP3723318B1 (fr) Procédé et dispositif de contrôle d&#39;un mode de transmission de données utilisé par un véhicule pour communiquer
FR3072232B1 (fr) Procede de reduction d&#39;interferences
Chen et al. Analysis of collaborative spectrum sensing without dedicated sensing period
FR2908008A1 (fr) Procede de gesion des ressources de transmission dans un reseau de communication cellulaire,terminal,station de base et produit d&#39;ordinateur correspondants.
Denis Resource Allocation Frameworks for Multi-carrier-based Cognitive Radio Networks with full and Statistical CSI
WO2013038118A1 (fr) Procede d&#39;allocation de ressource par une station emettrice pour la transmission de k flux vers k stations
WO2007071864A1 (fr) Detection de zone morte descendante
FR3091437A1 (fr) Scanner radio embarqué dans une structure mobile d’un système de radiocommunications
EP3675546A1 (fr) Scanner radio embarqué dans une structure mobile d&#39;un système de radiocommunications, et procédé d&#39;utilisation du scanner radio
Tran Allocation Dynamique De Ressources Pour Les Réseaux Cellulaires Sans Fil Full-duplex OFDMA
Medina-Acosta et al. Opportunistic Communication (Cognitive Radio) over Primary Discarded Subchannels by Applying a Double Power Distribution

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17808550

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase in:

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 17808550

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1