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MÉTODO Y SISTEMA PARA GESTIÓN DE RECURSOS EN SISTEMAS DE
COMUNICACIÓN INALÁMBRICA
CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se relaciona a sistemas de comunicación inalámbrica. Más particularmente, la presente invención se relaciona a la reducción de interferencia y consumo de potencia en sistemas de comunicación inalámbrica.
ANTECEDENTES Los sistemas de comunicación inalámbrica son bien conocidos en el arte. Para proporcionar una conectividad global para sistemas inalámbricos, se han desarrollado estándares y los mismos están siendo implementados . Un estándar corriente en amplio uso es conocido como Sistema Global para Telecomunicaciones Móviles (GSM) . Esto es considerado como un denominado estándar de sistema de radio móvil de Segunda Generación (2G) y fue seguido por su revisión (2.5G). GPRS y EDGE son ejemplos de tecnologías 2.5G que ofrecen un servicio de datos de velocidad relativamente alta que supera las redes GSM (2G) . Cada uno de estos estándares buscó mejorar el estándar anterior con características y mejoras adicionales. En enero de 1998, el Instituto Europeo de Estándares de Telecomunicaciones - Grupo Móvil Especial (SMG del ETSI) acordó sobre un esquema de acceso de radio para Sistemas de Radio de
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Tercera Generación denominados Sistemas Universales de Telecomunicaciones Móviles (UMTS) . Para implementar en forma adicional el estándar UMTS, se formó el Proyecto de Colaboración de Tercera Generación (3GPP) en diciembre de 1998. El 3GPP continúa trabajando sobre un estándar de radio móvil común de tercera generación. Una arquitectura de sistema UMTS tiplea de acuerdo con las corrientes especificaciones del 3GPP es representada en la Figura 1. La arquitectura de red UMTS incluye una Red Central (CN) interconectada con una Red de Acceso de Radio Terrestre (UTRAN) del UMTS a través de una interfase conocida como Iu que está definida en detalle en los documentos de especificación del 3GPP públicamente disponibles en la actualidad. La UTRAN está configurada para proporcionar servicios de comunicación inalámbrica a usuarios a través de unidades inalámbricas de transmisión/recepción (las WTRU) conocidas como Equipos de Usuario (los UE) en el 3GPP, a través de una interfase de radio conocida como Uu. La UTRAN tiene uno o más Controladores de Red de Radio (RNCs) y estaciones base conocidas como Nodos B en el 3GPP, que colectivamente proporcionan la cobertura geográfica para comunicaciones inalámbricas con los UE. Uno o más Nodos B están conectados a cada RNC a través de una interfase conocida como Iub en el 3GPP. La UTRAN puede tener varios grupos de Nodos B conectados a diferentes RNCs; dos son mostrados en el ejemplo representado
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en la Figura 1. Cuando se proporciona más de un RNC en una UTRAN, se lleva a cabo una comunicación inter-RNC a través de una interfase Iur. Las comunicaciones externes a los componentes de red son establecidas por los Nodos B a un nivel de usuario a través de la interfase Uu y por la CN a un nivel red a través de varias conexiones CN a sistemas externos. En general, la función primaria de las estaciones base, tal como Nodos B y puntos de acceso, es para proporcionar una conexión inalámbrica entre la red de estaciones base y las WTRÜ. Típicamente, una estación base emite señales de canal común permitiendo que las WTRÜ no conectadas se sincronicen con la estación base en el momento adecuado. En el 3GPP, un Nodo B realiza la conexión de radio física con los ÜE. El Nodo B recibe señales a través de la interfase Iub del RNC que controla las señales transmitidas por el Nodo B a través de la interfase Una CN es responsable del enrutamiento de información a su destino correcto. Por ejemplo, la CN puede encaminar tráfico de voz de un ÜE que es recibido por el ÜMTS a través de uno de los Nodos B a una red telefónica pública conmutada (PSTN) o datos de paquete destinados para la Internet. En el 3GPP, la CN tiene seis componentes principales: 1) un nodo de 'soporte de Servicio General de Radio de Paquete (GPRS) en servicio; 2) un nodo soporte de GPRS de entrada; 3) una entrada
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limite; 4) un registro de ubicación de visitante; 5) un centro de conmutación de servicios móviles; y 6) un centro de conmutación de servicios móviles de entrada. El nodo soporte de GPRS en servicio proporciona acceso a dominios conmutados de paquete, tal como la Internet. El nodo soporte de GPRS de entrada es un nodo entrada para conexiones a otras redes. Todo el tráfico de datos que va a otras redes de operador o la Internet se dirige a través del nodo soporte de GPRS de entrada. La entrada limite actúa como un cortafuegos para evitar agresiones de intrusos fuera de la red en suscriptores dentro del ámbito de la red. El registro de ubicación de visitante es una 'copia' de redes en servicio corriente de datos de suscriptores necesaria para proporcionar servicios. Esta información inicialmente proviene de una base de datos que administra suscriptores móviles. El centro de conmutación de servicios móviles está a cargo de conexiones de Circuito conmutado' de terminales UMTS a la red. El centro de conmutación de servicios móviles de entrada implementa funciones de enrutamiento requeridas en base a la ubicación actual de los abanados. El centro de conmutación de servicios móviles de entrada también recibe y administra pedidos de conexión de los suscriptores a redes externes. En general, los RNCs controlan las funciones internas de la UTRAN. Los RNCs también proporcionan servicios intermediarios para comunicaciones que tienen un componente
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local a través de una conexión de interfase üu con un Nodo B y un componente de servicio externo a través de una conexión entre la CN y un sistema externe, por ejemplo, llamadas internacionales realizadas desde un teléfono celular en un UMTS local. Típicamente, un NC supervisa múltiples estaciones base, gestiona recursos de radio dentro del área geográfica de cobertura de servicio de radio inalámbrico que recibe el servicio del Nodo B y controla los recursos físicos de radio para la interfase Uu. En el 3GPP, la interfase Iu de un RNC proporciona dos conexiones a la CN: a un dominio de paquete conmutado y la otra, a un dominio de circuito conmutado. Otras funciones importantes de los RNCs incluyen confidencialidad y protección de integridad. En sistemas de comunicación tales como sistemas
Dúplex por División de Frecuencia (FDD) y Dúplex por División de Tiempo (TDD) del Proyecto de Colaboración de Tercera Generación (3GPP) , se combinan múltiples canales compartidos y dedicados de datos de velocidad variable para transmisión. Datos de especificaciones antecedentes para tales sistemas están públicamente disponibles y continúan desarrollándose. Cuando a los usuarios se les asigna ranuras de tiempo en sistemas de comunicación inalámbrica que utilizan tecnología TDD, con frecuencia es necesario asignarles más de una ranura de tiempo debido a las condiciones de las ranuras de tiempo. Es
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decir que a los usuarios se les asigna típicamente ranuras de tiempo (es decir recursos asignados) según la cantidad de potencia de transmisión y recursos disponibles en la célula en servicio del usuario así como también la cantidad de interferencia que es recibida por la célula en servicio de su o sus células vecinas, y la forma en que se distribuye esa interferencia a través de las ranuras de tiempo. Por ejemplo, con referencia a la Figura 2, el nivel de interferencia en cada ranura de tiempo (TS) varía como lo hace la cantidad de potencia de transmisión total y la cantidad de recursos disponibles. Dos objetivos de la gestión de recursos en sistemas de comunicaciones inalámbricas son reducir la interferencia y reducir la fragmentación. No obstante, técnicas de gestión de recursos corrientemente conocidas no toman en cuenta ni intentan contemplar la interferencia de células vecinas cuando gestionan recursos. Por consiguiente, es deseable proporcionar un método y sistema en donde los recursos sean gestionados sin las limitaciones del arte previo.
LA INVENCIÓN La presente invención es un método y sistema para optimizar gestión de recursos en sistemas de comunicación inalámbrica donde los recursos en células vecinas y en servicio pueden reasignarse de manera de poder reducir la fragmentación
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en células en servicio. Los recursos en sistemas de comunicación inalámbrica son preferiblemente gestionados para minimizar la f agmentación y cuando no puede reducirse la fragmentación en base a distribuciones corrientes de recursos, los recursos pueden reasignarse para permitir que se reduzca la fragmentación .
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es un diagrama de un sistema de comunicación inalámbrica tipico. La Figura 2 es un diagrama de una pluralidad de ranuras de tiempo que tienen condiciones variables respecto de interferencia, potencia de transmisión y recursos disponibles. La Figura 3 es un sistema de comunicación inalámbrica para gestionar recursos de acuerdo con una modalidad preferida de la presente invención. La Figura 4 es un método para gestionar recursos en sistemas de comunicación inalámbrica de acuerdo con una modalidad preferida de la presente invención.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA O LAS MODALIDADES PREFERIDAS A continuación, una unidad inalámbrica de transmisión/recepción (WTRU) incluye, pero sin limitarse a un equipo de usuario, una estación móvil, una unidad de suscriptor fija o móvil, un localizador o cualquier otro tipo de
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dispositivo capaz de operar en un entorno inalámbrico. Cuando se hace referencia a continuación, una estación base incluye, pero sin limitarse, un Nodo B, un controlador de sitio, un punto de acceso o cualquier otro tipo de dispositivo de interfase en un entorno inalámbrico. En principio, con referencia a la Figura 3, la misma muestra un sistema de comunicación inalámbrica 300 de acuerdo con la presente invención. El sistema de comunicación inalámbrica 300 incluye al menos un controlador de red de radio (RNC) 302, una pluralidad de estaciones base 3041-304n, y al menos una WTRU 306. Cabe destacar que la presente invención puede implementarse en cualquier tipo de sistemas de comunicación inalámbrica que utilice tecnología TDD. Por ejemplo, cuando se implementa la presente invención en un sistema tipo red de área local inalámbrica (WLAN) , las estaciones base son, desde ya, puntos de acceso y el RNC, una red de área local (LAN) . Una WTRU 306 que se comunica con la estación base 304n (es decir, la célula en servicio) experimentará interferencia de estaciones base vecinas 3041, 3042 Y 3043 (es decir, las células vecinas) . Cabe destacar que las expresiones estación base y célula son utilizadas indistintamente en la presente. El RNC 302 de la presente invención gestiona recursos para favorecer una menor fragmentación. Además, cuando no puede reducirse la fragmentación en distribuciones corrientes de
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recursos, pueden hacerse ajustes a las distribuciones corrientes de recursos en células vecinas y en servicio. Por ejemplo, cuando la WTRU 306 está en comunicación con la estación base 304n, el RNC 302 evaluará periódicamente la distribución de recursos de manera de optimizar la distribución. Al evaluar la distribución corriente de recursos en la estación base 304n, el RNC 302 primera determinará si es posible reducir el número de ranuras de tiempo que se requiere que la WTRU 306 escuche (es decir, el grade de fragmentación de la WTRU 306) al operar en la célula 304n. El RNC 302 determina, típicamente, si el grado de fragmentación puede reducirse evaluando si la cantidad de interferencia en cada ranura de tiempo es lo suficientemente baja de manera que el número de ranuras de tiempo distribuidas a una WTRU en particular pueda reducirse sin provocar que la interferencia en cualquier ranura de tiempo exceda un nivel de interferencia máximo predeterminado. Si es posible reducir el número de ranuras de tiempo que la WTRU 306 debe escuchar mientras opera en la célula 304n, el RNC 302 no hará ajustes adicionales respecto de cualquier célula vecina 3021, 3042 y 3043 o de la célula en servicio 304n. Si no es posible reducir el número de ranuras de tiempo, el RNC 302 evaluará la distribución corriente de recursos en las estaciones base 3021, 3042 y 3043 para determinar si la distribución corriente de recursos puede ajustarse con el fin de reducir la cantidad de interferencia
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que es impartida en la WTRU 306 desde las estaciones base 3021, 3042 y 3043. En general, el RNC 302 tendrá conocimiento de las células vecinas para cada WTRU 306 que opera dentro de una de las células bajo el control del RNC 302. Por lo tanto, el RNC 302 puede ajustar la distribución de recursos dentro de las células vecinas. Por ejemplo, supongamos que la WTRU 306 está recibiendo un alto nivel de interferencia, el RNC 302 evaluará la potencia de transmisión en cada ranura de tiempo para todas las células vecinas 302lf 3042 y 3043- El RNC 302 puede luego reasignar usuarios en ranuras de tiempo que tienen una potencia de transmisión superior a un umbral predeterminado por lo cual se reduce la cantidad de interferencia experimentada por la WTRU 306 mientras está operando dentro de la célula 30 n. La menor cantidad de interferencia experimentada por la WTRU 306 puede permitir que se reduzca el número de ranuras de tiempo distribuidas a la WTRU 306. Si no existen ranuras de tiempo en ninguna de las células vecinas 304?, 3042 y 30 3 con una potencia de transmisión superior al valor predeterminado o si de otra manera no hay ajustes que puedan hacerse en ninguna de las células vecinas, el RNC 302 evaluará la distribución de interferencia dentro de la célula en servicio 304n de la WTRU 306. Es decir que el RNC 302 evaluará el nivel de interferencia en cada ranura de tiempo respecto de la célula 304n. Si hay
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algunas ranuras de tiempo con una interferencia superior al nivel predeterminado, los usuarios serán movidos de aquellas ranuras de tiempo y colocados en ranuras de tiempo con un valor de interferencia por debajo del nivel predeterminado. Otra modalidad de la invención es esperar una cantidad predeterminada de tiempo antes de volver a distribuir interferencia en una célula en servicio para ver si las condiciones de sistema han cambiado de manera de poder reducir la fragmentación en la célula en servicio o de poder reducir la interferencia en la célula en servicio 304n reasignando recursos en las células vecinas 304i, 3042 y 3043. Ahora, con referencia a la Figura 4, la misma muestra un método 400 para gestionar recursos en sistemas de comunicación inalámbrica de acuerdo con una modalidad preferida de la presente invención. Para simplicidad, el método 400 es descrito respecto de un solo usuario. El método comienza en el paso 402 con una evaluación de la asignación de ranura de tiempo corriente de una célula en servicio del usuario para determinar (en el paso 404) si al usuario se le puede reasignar menos ranuras de tiempo en la célula en servicio del usuario. La evaluación y la determinación de si a un usuario se le puede reasignar menos ranuras de tiempo es típicamente llevada a cabo en base a la cantidad de interferencia en cada ranura de tiempo en donde se le asigna al usuario corrientemente. Por ejemplo, supongamos que a un usuario se le
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asignan 4 ranuras de tiempo, donde hay aproximadamente 5 dB de interferencia en cada ranura de tiempo y el usuario propiamente dicho contribuye 3 dB a cada ranura de tiempo que se le asignó. Además, supongamos que el nivel máximo de interferencia por ranura de tiempo para la célula en servicio del usuario es de 10 dB. En este caso, el número de ranuras de tiempo puede reducirse sin violar el nivel máximo de interferencia. Es decir que al usuario se le pueden asignar tres ranuras de tiempo, donde la interferencia en cada una de aquellas ranuras de tiempo pasa a ser de 8 dB, que aún está por debajo del nivel máximo de interferencia por ranura de tiempo. Si a un usuario se le puede asignar menos ranuras de tiempo, el método 400 procede al paso 406. En el paso 406, los recursos en la célula en servicio del usuario son reasignados de manera que las señales de tráfico del usuario sean recibidas en menos ranuras de tiempo. Desde ya que una vez que un usuario es reasignado, los recursos disponibles son actualizados en consecuencia. Esta es la situación óptima debido a que la interferencia es satisfactoria y el número de ranuras de tiempo ha sida reducido, lo que resulta en ahorros de potencia por parte del usuario. Por lo tanto, cuando es posible asignarle a un usuario menos ranuras de tiempo, los recursos son reasignados en el paso 406 de acuerdo con lo descrito con anterioridad y el método 400 finaliza en el paso 408 y puede volver a iniciarse, según sea conveniente.
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Si no es posible reasignarle a un usuario menos ranuras de tiempo, el método 400 procede del paso 404 al paso 410. Cabe destacar que cuando no es posible reducir el número de ranuras de tiempo, se trata típicamente de un resultado de niveles de interferencia que son demasiado altos en las ranuras de tiempo de la célula en servicio. Por lo tanto, en tales situaciones, el método 400, en términos generales, busca reducir la interferencia en ranuras de tiempo de la célula en servicio del usuario primero buscando si puede hacerse cualquier ajuste en cualquiera de las células vecinas y luego, buscando si puede hacerse cualquier ajuste en la célula en servicio propiamente en sí. Más específicamente, en el paso 410, las células vecinas son evaluadas para determinar (paso 412) si a los usuarios que se les asignaron ranuras de tiempo con una potencia de transmisión superior a un nivel predeterminado se les puede asignar diferentes ranuras de tiempo. Este es un procedimiento conocido para los expertos en el arte donde los usuarios que contribuyen altos niveles de potencia de transmisión son preferiblemente colocados en ranuras de tiempo que tienen la menor cantidad de interferencia. Este procedimiento busca evitar tener interferencia en una cualquiera de las ranuras de tiempo que exceda el nivel máximo de interferencia debido a que las ranuras de tiempo son las que típicamente contribuyen la mayor cantidad de interferencia a
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células afectadas por la potencia de transmisión de las células vecinas. Cabe destacar que, como parte del paso 410, es preferible recalcular/predecir la interferencia para células afectadas por la potencia de transmisión dentro de las células vecinas. Si a los usuarios en células vecinas se les puede asignar diferentes ranuras de tiempo para reducir la potencia de transmisión en las ranuras de tiempo de las células vecinas correspondiente experimentada por otras 400 procede del paso 412 al paso 414. En el paso 414, los recursos de células vecinas son reasignados y los recursos disponibles en las células vecinas son actualizados. A partir del paso 414, el método 400 vuelve, preferiblemente, al paso 402 para determinar, en base a los ajustes hechos en las células vecinas, si el número de ranuras de tiempo que el usuario es asignado en su célula en servicio puede reducirse. Si no es posible hacer ningún ajuste en ninguna de las células vecinas, el método 400 procede del paso 412 al paso 418. En el paso 418, se determina si las ranuras de tiempo de la célula en servicio del usuario pueden reasignarse para reducir la interferencia total. Como se menciono en lo anterior, de forma similar a cualquier ajuste hecho en cualquier célula, se lleva a cabo el paso 418 para determinar si es posible reasignar ranuras de tiempo para reducir la interferencia total en la célula en servicio con el fin de
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permitir que las ranuras de tiempo asignadas a un usuario sean reducidas. Por lo tanto, es importante advertir que los pasos 402 y 404 tratan sobre la reducción del número de ranuras de tiempo que son asignadas a un usuario, mientras que los pasos 418 y 420 tratan sobre si es posible reasignarle a cualquier usuario en la célula en servicio no menos ranuras de tiempo sino ranuras de tiempo diferentes. Es decir que el análisis en los pasos 418 y 420 es similar al realizado en los pasos 410 y 412 donde es preferible que los usuarios con la potencia de transmisión más alta se encuentren en ranuras de tiempo con la interferencia más baja. Si las ranuras de tiempo en la célula en servicio no pueden reasignarse para reducir la interferencia total, el método 400 procede del paso 420 al paso 422 donde el método 400 finaliza y puede volver a iniciarse según sea conveniente. Si las ranuras de tiempo pueden reasignarse para reducir la interferencia total, el método 400 procede del paso 420 al paso 424. En el paso 424, los recursos en la célula en servicio son reasignados y los recursos disponibles son actualizados. Luego, el método 400 vuelve al paso 402 para determinar, en base a los ajustes hechos en la célula en servicio, si el número de ranuras de tiempo que el usuario es asignado puede reducirse. Es importante advertir que la presente invención puede implementarse en cualquier tipo de sistemas de comunicación inalámbrica que emplee cualquier tipo de
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tecnología dúplex por división de tiempo (TDD) , según sea conveniente. A modo de ejemplo, la presente invención puede implementarse en TDD del UMTS, TDSCDMA o en cualquier otro tipo de sistema de comunicación inalámbrica que incluya sistemas tipo WLAN que utilicen tecnología TDD. Además, mientras que la presente invención se ha descrito en términos de varias modalidades, los expertes en el arte sabrán interpretar que pueden hacerse otras variantes que se encuentren dentro del alcance de la invención de acuerdo con lo presentado en las reivindicaciones siguientes.