WO2009047418A1 - Procede de communication de donnees dans un reseau cellulaire cooperatif, dispositif, et produit programme d'ordinateur correspondants - Google Patents
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- WO2009047418A1 WO2009047418A1 PCT/FR2008/051629 FR2008051629W WO2009047418A1 WO 2009047418 A1 WO2009047418 A1 WO 2009047418A1 FR 2008051629 W FR2008051629 W FR 2008051629W WO 2009047418 A1 WO2009047418 A1 WO 2009047418A1
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- H04W72/00—Local resource management
- H04W72/50—Allocation or scheduling criteria for wireless resources
- H04W72/54—Allocation or scheduling criteria for wireless resources based on quality criteria
- H04W72/542—Allocation or scheduling criteria for wireless resources based on quality criteria using measured or perceived quality
Definitions
- the present invention relates to the field of radio transmission systems using mobile entities. More specifically, the invention is placed in the context of cooperative cellular networks, allowing cooperation between entities present in cells of the network.
- an entity may be a fixed or mobile terminal, a relay node, or a base station.
- An entity that assists a source entity to route a message to a destination entity (or destination entity) is called a relay (or relay entity).
- a cooperation strategy at the level of such relay entities consists, for example, in amplifying a signal received from a source entity or by another relay entity and then retransmitting it to another relay entity or a destination entity.
- a selection of source entities authorized to transmit information is performed. This selection of the source entities authorized to transmit is ensured by a scheduler.
- the source entity or entities for which the respective transmission channel with the destination entity is selected is prioritized, and then these source entities are authorized to transmit information to the entity. destination. It can be for example the least disturbed channels. This gives a gain in flow in the cell. This gain is called multi-user diversity gain and is obtained by the application of a scheduling policy by the scheduler.
- the invention is placed in a context of optimization of the cooperation between the different entities of a system, for example when a transmission channel established between two entities of the system has poor radio conditions.
- Such a cooperative radio communication system is therefore in the form of a set of entities comprising at least one source entity, at the least one relay entity and at least one destination entity.
- the source entity transmits information to the destination entity or to the relay entity, which itself transmits this information to the destination entity or to another relay entity.
- Cooperation is ensured by allowing a relay entity to relay information from a source entity to a destination entity.
- TDMA Time Division Multiple Access
- the cooperation between a transmitter and a relay is done in two stages. The first of these two steps is a phase during which the relay (and possibly the receiver) listens to the transmitter. The second step is a phase during which the relay processes the information it has listened to and transmits it to the receiver; using an FDMA access technique (from the English "Frequency
- the transmitter transmits information on a frequency band that is received by the relay (and possibly the receiver).
- the relay processes the information using a relay strategy and retransmits it using another frequency band.
- the receiver thus receives the information with a time shift on another frequency band; - using an OFDMA (Orthogonal Frequency) technique Division Multiple Access "for” orthogonal frequency division multiple access "), the same methodology as the FDMA case can be applied with the difference that the original signal of the source entity and that of the relay entity are transmitted over two sub-channels.
- OFDMA Orthogonal Frequency
- Access “for" code division multiple access ") the cooperation is performed using two spreading codes C1 and C2.
- the transmitter transmits the information using the code C1.
- the relay processes the information and retransmits it using the code C2.
- the receiver thus receives the relay information with a time offset.
- Cooperation techniques also use several relay strategies, depending on the access techniques mentioned above.
- these relay strategies there may be mentioned: an amplification then a retransmission: the relay entity amplifies the signal received from the source entity and retransmits it to the destination entity; a decoding then a retransmission: the relay entity decodes the information of the source entity, encodes it and then retransmits it to the destination entity; a quantization and a compression followed by a retransmission: the relay entity compresses the signal received from the source entity and then retransmits it to the destination entity; hybrid methods combining the previous methods.
- the source entities may wait for a long time before being allowed to transmit by the scheduler. Furthermore, when an opportunistic scheduling is used (scheduling that favors the sources with the best radio conditions), the source entities whose transmission channels established with the destination entity, the poorer radio conditions are rarely allowed to
- Some so-called real-time services impose a limiting waiting time for the source entity before it is allowed to transmit not to exceed. This aspect has been solved in the prior art by means of a maximum permissible probability that the average waiting time of a source entity exceeds a set threshold.
- Prior art cooperation techniques have attempted to propose selection criteria for relays allowing a source entity to be chosen by a scheduler in a more frequent manner than it is without these techniques, in a mobile radio system supporting the cooperation between its different entities (that is to say the different entities present in one of the cells of the cellular network).
- a source entity When the radio conditions are bad, that is, when the transmission channel established between the source entity and a destination entity is so attenuated that the transmission of real-time services can not be ensured, a source entity will wait long before being selected by the scheduler, as part of an opportunistic scheduling.
- several techniques of the prior art exist: an allocation of priority to the source entity and priority management at the level of the scheduler. The priority of the source entity is increased according to the waiting time.
- the transmission channel established between the source entity and the destination entity remains unchanged.
- a mandatory passage through one or more fixed relay entities One such method is to look for a new path consisting of one or more fixed relay entities to improve radio quality.
- This method has been proposed for non-real-time and uplink services, ie a link from the source entity to a fixed destination entity such as a base station, a modification of the phase of the signal at the level of a relay entity.
- a signal is transmitted by the source entity to two separate relay entities, each of these relay entities multiplying the signal received by a random phase.
- the combination on reception of the signals coming from each of the relay entities will give a variable global attenuation over time.
- these prior art have a number of disadvantages.
- this technique requires a change in the scheduler.
- this technique does not guarantee a quality of transmission channel sufficient to be able to transmit.
- this priority assignment technique can significantly reduce the multi-user diversity gain when opportunistic scheduling is used.
- the invention proposes a method of communication between at least one source entity and one destination entity, in a cooperative network comprising a plurality of entities, the method comprising a determination step, for a given entity of said network, a temporal variation of an impulse response of a transmission channel established between said given entity and another entity.
- Such a method is particular in that it comprises: a step of determining a temporal variation of an impulse response of at least one global transmission channel intended to be established between the source entity and the destination entity and passing through at least one relay entity, from the temporal variations of the impulse responses of said transmission channels; a step of selecting a global transmission channel from among the set of global transmission channels determined.
- This technique consists in exploiting the temporal variation information of impulse responses of transmission channels established between two entities of a cell of a cellular network in order to determine a global transmission channel consisting of a set of these transmission channels.
- the method according to the invention therefore makes it possible, by selecting a global transmission channel to establish the source entity, the relay entity and the destination entity, to authorize the source entity to transmit more frequently despite the fact that the transmission channel established directly between the source entity and the destination entity is attenuated such that the transmission of real-time services can not be ensured
- the combination of the characteristics of the transmission channel established between the source entity and the relias entity and characteristics of the transmission channel established between the relay entity and the destination entity makes it possible to determine a transmission channel. global with less attenuation than the transmission channel established directly between the source entity and the destination entity. This involves reducing the timeout of the source entity before being allowed to transmit.
- the temporal variation information that is considered is not a piece of temporal variation information relating to a transmission established for example between a source entity and a relay entity or between the relay entity and a destination entity, but global variation information concerning a global transmission channel to be established between a source entity and a destination entity and transiting via at least one a relay entity.
- global variation information makes it possible to select from among several global transmission channels determined, which one will be the most suitable, unlike a selection according to a temporal variation only partial which does not inform on the state of the temporal variation. the impulse response of the global transmission channel to be established between the source entity and the destination entity and transiting via at least one relay entity.
- the temporal variation of an impulse response of at least one transmission channel is determined from an average value of the impulse responses of said transmission channels and a movement speed of said transmission channel. given entity.
- a global transmission channel is selected when the temporal variation of the impulse response of said global transmission channel is greater than a predetermined threshold and when a temporal variation of an impulse response of a channel transmission rate established directly between the source entity and the relay entity is less than said predetermined threshold.
- a time variation threshold below which it is unnecessary to select this global transmission channel is determined in advance.
- This threshold can be statically configured or be variable in time or in space, for example depending on the structural conditions of the location of the antennas or the nature of the ground or is implanted the cell of the cellular network.
- said selection step takes account of at least one additional criterion belonging to the group comprising: attenuation of a signal in said transmission channel; a speed of movement of said relay entity; a distance between said source entity and said relay entity; a distance between said relay entity and said destination entity; a quantity of bandwidth available; an operating state of said relay entity; - interference (between different paths, between users, between cells).
- the latter comprises a step of informing the relay entity Mk through which the global channel selected transits to relay data exchanges between the source entity M 1 and the destination entity M j .
- the invention also relates to a device for managing communication between at least one source entity and a destination entity, in a cooperative network comprising a plurality of entities, the device comprising means for determining, for a given entity of said network, a time variation of an impulse response of a transmission channel established between said given entity and another entity.
- the device for managing a data transmission from a source entity to a destination entity, said first and second entities belonging to at least one cell of a cooperative cellular network comprising a plurality of entities, the device comprising determination means, for each entity belonging to said cell, a temporal variation of an impulse response of a transmission channel established between a first entity and a second entity,
- Such a device is particular in that it comprises:
- this also comprises means of information of the relay entity through which the global channel selected to relay data exchanges between the source entity and the destination entity.
- the invention also relates to a computer program product downloadable from a communication network and / or stored on a computer-readable medium and / or executable by a microprocessor, and comprising program code instructions for the computer. execution of the communication method as described above. 4 LIST OF FIGURES
- FIG. 1 is a diagram illustrating a cellular network, a cell comprising K entities that can cooperate with one another;
- FIG. 2 illustrates the various steps of implementation of the communication method according to the invention;
- FIG. 3 represents temporal variations of the attenuations of the transmission channels established between three mobile entities M1, M2, M3 and a base station SB as well as temporal variations of the attenuations of the overall transmission channel established between the entity M1 and the station. base SB and relayed by an entity M4;
- FIG. 1 is a diagram illustrating a cellular network, a cell comprising K entities that can cooperate with one another
- FIG. 2 illustrates the various steps of implementation of the communication method according to the invention
- FIG. 3 represents temporal variations of the attenuations of the transmission channels established between three mobile entities M1, M2, M3 and a base station SB as well as temporal variations of the attenuations of the overall transmission channel established between the entity M1 and the station. base SB and relayed by an entity M4;
- FIG. 4 describes an example of selection of the mobile entities M1, M2 and M3 for the access mode TDMA without implementation of the method of communication according to the invention
- FIG. 5 describes an example of selection of the mobile entities M1, M2 and M3 for the TDMA access mode during an implementation of the communication method according to the invention
- - Figure 6 illustrates the probabilities that the waiting time of mobile entities
- the invention proposes a new technique of selecting global transmission channels established between a source entity and a destination entity and passing through one or more relay entities, for relaying data from the source entity to the destination entity, which Reduces the waiting time for a source entity to be allowed to transmit.
- Such delay reduction may for example be useful when the transmission channel established between a source entity and a destination entity is disturbed, resulting in a low frequency of selection of the source entity, especially when an opportunistic scheduling is implemented. .
- the general principle of the invention is based on the selection of a global transmission channel established between a source entity and a destination entity and passing through at least one relay entity to retransmit to the destination entity, information received from the entity source.
- the delay of transmission of the source entity (s) ie the delay for the source entity to be selected and authorized by the scheduler to transmit information, is reduced; certain constraints of the system, such as the transmission rate, the cut-off probability, etc., are respected.
- the reduction of this source entity selection delay is obtained by implementing the method of data communication between a source entity and a destination entity, via at least one relay entity, according to the invention.
- the relay entity is a mobile entity, that is to say moving in the cell, which can for example use a relay strategy based on the amplification and retransmission as described above.
- the invention therefore proposes to exploit the temporal variation properties of the impulse response of the transmission channels established between two entities of the cell to select a global transmission channel connecting the source entity to the destination entity and passing through at least a mobile relay entity, and thus reduce the selection time of the source entity.
- This new transmission channel corresponding to the transmission channel intended to be established between the source entity and the destination entity via one or more relay entities is called a global transmission channel.
- any information transmitted by the The source entity is transmitted to the destination entity through the global transmission channel.
- the communication method according to the invention therefore makes it possible to establish a global transmission channel between the source entity and the destination entity to supply the transmission channel established directly between the source and the destination, the response impulse of the overall transmission channel varying more rapidly in time than the impulse response of the direct transmission channel.
- a network in which the communication method according to the invention can be applied.
- a scheduler which for example makes an estimation of this variation for all these transmission channels, for example using the method of pilot symbols, known to those skilled in the art.
- This scheduler is integrated in a network entity such as for example a base station.
- a source entity for example M 1
- a destination entity for example M j
- the scheduler must be authorized by the scheduler. If the transmission channel connecting it directly to the destination entity does not exhibit a time variation of the sufficient channel impulse response, and the source entity's moving speed is slow, this source entity may remain silent for a long time. period before being allowed to transmit.
- the scheduler proposes to the source entity M 1 that wants to transmit, a global transmission channel passing through. by one or more relays (for example Mk) so that this new global transmission channel (ie the global transmission channel established between the source and the destination, and passing through the relay or relays) has a temporal variability of the impulse response of this channel sufficient to provide the desired service.
- the global transmission channel intended to be established between the source entity and the destination entity via the relay entities has an impulse response that varies more rapidly than that of the transmission channel established directly between the source entity M 1 and the destination entity M j .
- the variation of the impulse response of the transmission channels is for example evaluated by means of a time correlation function of the channel R ( ⁇ ), which characterizes the speed of variation of a channel established between the entities i and j.
- This function R ( ⁇ ) is defined as the statistical mean of the product of the impulse response hy of the channel at time t and its conjugate, denoted h lj5 at time t + ⁇ :
- the communication method according to the invention can be based on such a metric of the time correlation function type to identify one or more global transmission channels, intended to be established between a source entity and a destination entity and passing through one or more relay entities, capable of transmitting the information between the given source entity and the given destination entity.
- R '( ⁇ ) E (h lk (t) h kj (t) h * lk (t + ⁇ ) h * kj (t + ⁇ )) is sufficiently decreasing to ensure the desired service. This decrease reflects the speed of temporal variability of the impulse response of the overall transmission channel and therefore the waiting time of a source entity before it can be authorized to transmit when the Direct transmission established between this source entity and a destination entity is in poor radio conditions.
- the variation of the impulse response of the transmission channels is evaluated from an average value of the impulse response of a transmission channel and a value of the speed of movement of one of the entities between which the transmission channel is established.
- the greater the speed of movement of one of the entities between which the transmission channel is established the greater the temporal variation of the impulse response is strong.
- the temporal variability of the impulse response of the overall transmission channel established between the source entity and the destination entity is sufficiently important to ensure communication between the source entity and the destination entity.
- Relative velocities of the relay entity or entities relative to each other and to the source entity and / or the destination entity are therefore used to determine the temporal variability of the impulse response of the transmission channels established between the source entity and the relay entity or entities and between this relay entity and the destination entity and select the channel of transiting global transmission established between the source entity and the destination entity shall transit.
- the communication method comprises the following steps, illustrated with reference to FIG. 2: a step of determining 201 a temporal variation information of the impulse response of global transmission channels intended to be established between a source entity and a destination entity and passing through at least one relay entity, using temporal variation information of the impulse response of transmission channels established between the different entities moving in the cell of the cellular network, for example the entities M 1 , M 2 , ..., Mk; a selection step 202, among the set of possible global transmission channels, of a global transmission channel as a function of the temporal variation information of the impulse response of the set of global transmission channels intended to be established between l source entity and the destination entity; an information step 203 of the relay entity Mk through which the selected global channel passes to relay data exchanges between the source entity M 1 and the destination entity M j .
- a selection of a global transmission channel as a function of the temporal variability of the impulse response of the overall transmission channel makes it possible to reduce the waiting time of a source entity before it is authorized to transmit by the
- such a global transmission channel can pass through a relias entity belonging to a neighboring cell and within range of the scheduler.
- the role of relay entity is not limited to only mobile terminals of the cell.
- the access technique used within the system is the TDMA technique described above; that the mobile terminal Mi (source entity) seeks to transmit data to the base station M j , the link established between these two entities is an uplink: from the mobile terminal to the base station;
- the base station is considered to be located at an elevation point with respect to the source entity and fixed in the cell (i.e., non-mobile). Consequently, it has no impact on the temporal variability of the impulse response of the radio channel established with the source entity.
- the mobile terminal Mi is placed in a partitioned environment, that is to say that it is located within a building for example, and thus sees the impulse response of the transmission channel connecting it to the station base vary very slowly because the attenuation between the base station M j and the mobile terminal Mi is important, for example because of the distance, the walls ....
- the attenuation of the transmission channel established between the terminals Mi and M j are below a certain predetermined threshold that would allow them to communicate with each other. This threshold depends in particular on the application requested.
- the very slow variation over time of the impulse response of the transmission channel established between the terminals Mi and M j can keep the mobile terminal Mi in bad radio conditions to communicate with the base station M j for a long time. , which may be unacceptable for the mobile terminal Mi according to the application requested.
- the implementation of the method that is the subject of the invention according to this embodiment leads the base station M j to ask the mobile terminals present in its cell and able to cooperate with the mobile terminal Mi to provide it with information concerning the temporal variability. of the answer impulse transmission channels established between each mobile terminal and the base station, between each mobile terminal and the source entity Mi and between the different mobile terminals between them. It should be noted that these mobile terminals are not necessarily active, that is to say they can only be in standby mode.
- the base station M j selects at least one global transmission channel connecting it to the source entity and passing through a mobile terminal M k serving relay entity. Once the global transmission channel has been selected, the base station requests the relay entity to relay the data transmitted by the mobile terminal M 1 .
- the global transmission channel established between the source entity Mi and the base station and passing through the relay entity M k is a transmission channel that has a large variation in its time properties.
- this global transmission channel does not satisfy certain conditions, different from the temporal variability of the impulse response, such as for example if this global transmission channel is more sensitive to interference, the base station evaluates another candidate to relay M 1 . This procedure can be repeated until the base station finds a suitable relay entity.
- Other conditions different from the temporal variability of the impulse response of the channel are, for example: attenuation of a signal in said transmission channel, a speed of displacement of said relay entity, a distance between said source entity and said relay entity a distance between said relay entity and said destination entity, a quantity of available bandwidth, an operating state of said relay entity, interferences (between different paths, between users, between cells).
- the base station also plays the role of scheduler.
- the base station regularly updates the values of instantaneous or average impulse responses h y of the transmission channels established between the different mobile terminals of the cell, but also their sensitivity to interference, for example, in order to permanently select, among the possible global transmission channels, at least one that is capable of relaying the transmission of information between the source entity Mi and the destination entity M j .
- the method according to the invention thus allows a dynamic exploitation of the temporal variability of impulse response of the transmission channels established between the various mobile terminals of the cell to enable the mobile terminals whose transmission channel connecting them to the base station has a low temporal variability of impulse response or significant attenuation to take advantage of the higher variability of the temporal properties of transmission channels connecting them to other mobile terminals that are at their ranges.
- the base station only allows the mobile terminal that has the best quality of transmission channel to transmit, so we consider the case of an opportunistic scheduling; a designated relay entity retransmits the signal it has received after having amplified it, according to the amplification / retransmission strategy defined above.
- a criterion is also used to characterize the real-time service constraint. More precisely, this criterion is defined by the probability that the average waiting time D of a source entity seeking to transmit exceeds a maximum delay 0 "" is less than a fixed threshold ⁇ . This is equivalent to: Pr (D> D max ) ⁇
- This criterion makes it possible to measure the average waiting time of a source entity (for example a mobile terminal) before it is authorized to transmit.
- Scenario 2 the base station, knowing the average value of the impulse response of the transmission channels established between the mobile terminal Mi and the mobile terminal M 4 on the one hand and the mobile terminal M 4 and the base station of another share, request to the mobile terminal
- FIG. 3 firstly presents the temporal variations of the impulse response of the transmission channels established between the mobile terminal Mi and the base station (transmission channel M 1 -SB) between the mobile terminal M 2 and the station.
- base station M2-SB transmission channel
- transmission channel M3-SB transmission channel
- all transmission channel M1-M4-SB overall transmission channel M1-M4-SB
- FIG. 3 shows on the abscissa the time and on the ordinate the attenuation of a transmission channel as a function of time.
- FIG. 4 illustrates the allocation by a scheduler, over a time window, of time intervals to the source entities M 1 , M 2 , M 3 during from which they are authorized to transmit data, according to scenario 1 (prior art).
- FIG. 5 illustrates the allocation by a scheduler, over a time window, of time intervals to the source entities M 1 , M 2 , M 3 , M 4 , during which the source entities M 1 , M 2 , M 3 are authorized to transmit , according to scenario 2 (invention).
- the mobile terminal Mi is selected only at the beginning and at the end of the time window ( Figure 4).
- This low selection frequency results from the small temporal variation of the impulse response of the transmission channel connecting it directly to the base station.
- a cooperation technique according to the invention that is to say when the mobile terminal M 4 relays the transmissions of the mobile terminal Mi via the global transmission channel M1-M4-SB, the latter is more frequently selected which reduces its waiting time.
- FIG. 6 it is presented the probability that the waiting time of a mobile terminal exceeds a maximum delay D max , according to scenario 1 (Sl) or scenario 2 (S2).
- this probability is 40%.
- this probability is reduced to 10%.
- the probability that the constraint imposed by the real-time service for a delay of 60 time units is not respected is 40%.
- the invention can also be implemented in other types of network such as “broadcast” type networks (English term for "Multiple Diffusion"). It is said of a transmission channel that it is a “broadcast” transmission channel when a source entity transmits to a plurality of destination entities a set of information that may be common to all destinations.
- An example of this type of network is television broadcasting.
- the invention is, for example, implemented so that a base station can broadcast information to a set of mobile terminals, some of the terminals of the set being used to relay the information to the terminal. other terminals which are not accessible directly by the base station.
- the invention can also be implemented in the case of a network using a multiple access access technique which is, as already described above, a network in which several source entities transmit to the same destination of information packets.
- a typical example is an uplink for a cellular system where all mobile terminals transmit information to the base station.
- the invention can also be implemented within the framework of an "Ad hoc Network", which is a network that is able to organize itself without an infrastructure having been defined beforehand.
- Ad hoc Network a network that is able to organize itself without an infrastructure having been defined beforehand.
- each entity can play different roles: source, destination, relay ...
- An example of such an ad hoc network is a wireless network type "Wifi" allowing a rapid implementation of a connection network between two computers.
- the invention finds an application in this type of network by allowing terminals to relay information from source terminals to destination terminals.
- FIG. 7 a simplified architecture of a device for implementing the communication method according to the invention is presented.
- Such a communication device 70 comprises means 71 for determining a temporal variation of an impulse response of a transmission channel established between a first entity and a second entity. of a cell.
- the device 70 also comprises means 72 for determining a temporal variation of an impulse response of at least one global transmission channel established between the source entity and the destination entity and passing through at least one relay entity, to from the temporal variations of the impulse responses of said transmission channels;
- the device 70 further comprises means 73 for selecting a global transmission channel according to the temporal variations of the impulse responses of the global transmission channels, as well as the information means 74 of the relay entity M k by which transits the selected global channel to relay data exchanges between the source entity M 1 and the destination entity M j .
- the invention also relates to a computer program, in particular a computer program on or in an information or memory medium, adapted to implement the invention.
- This program can use any programming language, 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 to implement 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 medium may be a transmissible medium such as an electrical or optical signal, which may be conveyed via an electrical or optical cable, by radio or by other means.
- the program according to the invention can be downloaded in particular on an Internet type network.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Quality & Reliability (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Mobile Radio Communication Systems (AREA)
Abstract
La présente invention concerne un procédé de communication entre au moins une entité source et une entité destination, dans un réseau coopératif comprenant une pluralité d'entités, le procédé comprenant une étape de détermination, pour une entité donnée dudit réseau, d'une variation temporelle d'une réponse impulsionnelle d'un canal de transmission établi entre ladite entité donnée et une autre entité. Un tel procédé est particulier en ce qu'il comprend: une étape de détermination d'une variation temporelle d'une réponse impulsionnelle d'au moins un canal de transmission global destiné à être établi entre l'entité source et l'entité destination et transitant par au moins une entité relais, à partir des variations temporelles des réponses impulsionnelle desdits canaux de transmission; une étape de sélection d'un canal de transmission global parmi l'ensemble des canaux de transmission globaux déterminés.
Description
Procédé de communication de données dans un réseau cellulaire coopératif, dispositif, et produit programme d'ordinateur correspondants. 1 DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention se rapporte au domaine des systèmes de transmission radio utilisant des entités mobiles. Plus précisément, l'invention se place dans le contexte des réseaux cellulaires coopératifs, permettant une coopération entre des entités présentes dans des cellules du réseau.
Au sein d'un tel réseau, une entité peut être un terminal fixe ou mobile, un nœud de relais ou une station de base. Une entité qui aide une entité source à acheminer un message vers une entité de destination (ou entité destination) est appelée un relais (ou entité relais). Une stratégie de coopération au niveau de telles entités relais consiste par exemple à amplifier un signal reçu d'une entité source ou par une autre entité relais puis à le retransmettre à destination d'une autre entité relais ou d'une entité destination. Classiquement, au sein de tels systèmes, une sélection d'entités sources autorisées à transmettre de l'information est réalisée. Cette sélection des entités source autorisées à transmettre est assurée par un ordonnanceur. Ainsi, au sein d'une cellule donnée, on sélectionne en priorité la ou les entités source pour lesquelles le canal de transmission respectif avec l'entité destination est parmi les meilleurs, puis on autorise ces entités source à transmettre des informations à l'entité destination. Il peut s'agir par exemple des canaux les moins perturbés. On obtient ainsi un gain en débit dans la cellule. Ce gain est appelé gain de diversité multiutilisateurs et est obtenu par l'application d'une politique d'ordonnancement par l'ordonnanceur. L'invention se place dans un contexte d'optimisation de la coopération entre les différentes entités d'un système, par exemple lorsqu'un canal de transmission établi entre deux entités du système présente de mauvaises conditions radios.
Un tel système de communication radio avec coopération se présente donc sous la forme d'un ensemble d'entités comprenant au moins une entité source, au
moins une entité relais et au moins une entité destination. L'entité source transmet une information vers l'entité destination ou vers l'entité relais, qui retransmet elle- même cette information vers l'entité destination ou vers une autre entité relais. La coopération est assurée en permettant à une entité relais de relayer les informations d'une entité source à une entité destination.
La coopération entre les différentes entités du système permet notamment un gain en diversité du canal de transmission entre l'entité source et l'entité destination, une augmentation de la capacité du système, ou encore une réduction de la consommation de puissance d'émission de la source. 2 SOLUTIONS DE L'ART ANTERIEUR
Plusieurs techniques de coopération entre les entités du système sont connues de l'art antérieur. Elles dépendent de plusieurs paramètres. Ces techniques dépendent, notamment, de la technique d'accès utilisée au sein du système. Ainsi : - en utilisant une technique d'accès TDMA (de l'anglais « Time division multiple access » pour « accès multiple par répartition temporelle »), la coopération entre un émetteur et un relais est faite en deux étapes. La première de ces deux étapes est une phase pendant laquelle le relais (et éventuellement le récepteur) écoute l'émetteur. La deuxième étape est une phase pendant laquelle le relais traite l'information qu'il a écoutée et la retransmet vers le récepteur ; en utilisant une technique d'accès FDMA (de l'anglais « Frequency
Division Multiple Access » pour « accès multiple par répartition en fréquence »), la coopération est réalisée en utilisant deux bandes de fréquences différentes. L'émetteur émet l'information sur une bande de fréquences qui est reçue par le relais (et éventuellement le récepteur). Le relais traite l'information en utilisant une stratégie de relais et la retransmet en utilisant une autre bande de fréquences. Le récepteur reçoit ainsi l'information avec un décalage temporel sur une autre bande de fréquence ; - en utilisant une technique OFDMA (de l'anglais « Orthogonal Frequency
Division Multiple Access » pour «accès multiple par répartition en fréquence orthogonale »), une même méthodologie que le cas FDMA peut être appliquée avec la différence que le signal original de l'entité source et celui de l'entité relais sont transmis sur deux sous-porteuses différentes ; - en utilisant une technique CDMA (de l'anglais « Code Division Multiple
Access » pour « Accès multiple par répartition en code »), la coopération est réalisée en utilisant deux codes d'étalement Cl et C2. L'émetteur émet l'information en utilisant le code Cl. Le relais traite l'information et la retransmet en utilisant le code C2. Le récepteur reçoit ainsi l'information du relais avec un décalage temporel.
La coopération peut être également utilisée lorsque d'autres techniques d'accès sont mises en œuvre.
Les techniques de coopération utilisent également plusieurs stratégies de relais, en fonction des techniques d'accès susmentionnées mises en œuvre. Parmi ces stratégies de relais, on peut citer : une amplification puis une retransmission : l'entité relais amplifie le signal reçu de l'entité source et le retransmet vers l'entité destination ; un décodage puis une retransmission : l'entité relais décode l'information de l'entité source, il l'encode puis la retransmet vers l'entité destination ; - une quantification et une compression suivie d'une retransmission : l'entité relais comprime le signal reçu de l'entité source puis le retransmet vers l'entité destination ; des méthodes hybrides combinant les précédentes méthodes.
Lorsque le canal de transmission établi entre une ou plusieurs entités source et une entité destination présente de mauvaises conditions radios, les entités source peuvent attendre pendant une longue période avant d'être autorisées à transmettre par l'ordonnanceur. Par ailleurs, lorsqu'un ordonnancement opportuniste est utilisé (ordonnancement qui favorise les sources ayant les meilleures conditions radio), les entités sources dont les canaux de transmission
établis avec l'entité destination présentent les moins bonnes conditions radios sont rarement autorisées à transmettre.
Certains services dits temps réel imposent une durée d'attente limite de l'entité source avant qu'elle ne soit autorisée à transmettre à ne pas dépasser. Cet aspect a été résolu dans l'art antérieur par le biais d'une probabilité maximale autorisée que la durée moyenne d'attente d'une entité source dépasse un seuil fixé.
Des techniques de coopération de l'art antérieur ont tenté de proposer des critères de sélection des relais permettant à une entité source d'être choisie par un ordonnanceur d'une manière plus fréquente que ce qu'elle l'est sans ces techniques, dans un système radio mobile supportant la coopération entre ses différentes entités (c'est-à-dire les différentes entités présentes dans une des cellules du réseau cellulaire).
Ceci suppose l'existence d'une signalisation permettant le choix des relais attribués à une source donnée pour une destination donnée ainsi que les temps de début et de fin des phases de la coopération quand elle est utilisée. On suppose que les canaux de transmission qui relient l'entité source et l'entité destination, et ainsi que les entités relais sont connus par l'ordonnanceur.
Lorsque les conditions radio sont mauvaises, c'est-à-dire, lorsque le canal de transmission établi entre l'entité source et une entité destination présente une atténuation telle que la transmission de services temps réel ne peut être assurée, une entité source attendra longtemps avant d'être sélectionnée par l'ordonnanceur, dans le cadre d'un ordonnancement opportuniste. Afin de réduire ce délai d'attente, plusieurs techniques de l'art antérieur existent : une attribution de priorité à l'entité source et une gestion de priorité au niveau de l'ordonnanceur. On augmente la priorité de l'entité source en fonction de la durée d'attente. Dans cette solution, le canal de transmission établi entre l'entité source et l'entité destination reste inchangé. un passage obligatoire par une ou plusieurs entités relais fixes. Une telle méthode consiste à chercher un nouveau chemin constitué d'une ou plusieurs entités relais fixes permettant d'améliorer la qualité radio. Cette
méthode a notamment été proposée pour des services non temps-réel et pour une liaison montante, c'est-à-dire une liaison de l'entité source vers une entité de destination fixe telle qu'une station de base, une modification de la phase du signal au niveau d'une entité relais. Un signal est émis par l'entité source à destination de deux entités relais distinctes, chacune de ces entités relais multipliant le signal reçu par une phase aléatoire. La combinaison à la réception des signaux en provenance de chacune des entités relais donnera une atténuation globale variable dans le temps. Malheureusement, ces techniques antérieures présentent un certain nombre d'inconvénients.
Ainsi, si l'on considère la technique d'attribution de priorité à une entité source sans changer le canal de transmission actuel établi avec l'entité destination, on constate que cette technique nécessite un changement au niveau de l'ordonnanceur. De plus, une telle technique ne garantit pas une qualité de canal de transmission suffisante pour pouvoir transmettre. Enfin, cette technique d'attribution de priorité risque de réduire considérablement le gain en diversité multi-utilisateurs lorsqu'un ordonnancement opportuniste est utilisé.
La technique de passage obligatoire par une ou plusieurs entités relais fixes nécessite quant à elle l'existence d'entités relais fixes dans la cellule. Elle ne peut donc pas être mise en œuvre dans tous les cas de figures.
Enfin, la technique de modification de la phase du signal au niveau d'une entité relais nécessite la présence d'au moins deux entités relais. Elle est donc coûteuse en termes de ressources. 3 RESUME DE L'INVENTION
Ainsi, il existe un besoin d'une méthode permettant de réduire le délai d'attente d'une entité source.
A cette fin, l'invention propose un procédé de communication entre au moins une entité source et une entité destination, dans un réseau coopératif comprenant une pluralité d'entités, le procédé comprenant une étape de détermination, pour
une entité donnée dudit réseau, d'une variation temporelle d'une réponse impulsionnelle d'un canal de transmission établi entre ladite entité donnée et une autre entité.
Un tel procédé est particulier en ce qu'il comprend : - une étape de détermination d'une variation temporelle d'une réponse impulsionnelle d'au moins un canal de transmission global destiné à être établi entre l'entité source et l'entité destination et transitant par au moins une entité relais, à partir des variations temporelles des réponses impulsionnelle desdits canaux de transmission; - une étape de sélection d'un canal de transmission global parmi l'ensemble des canaux de transmission globaux déterminés.
Cette technique consiste à exploiter l'information de variation temporelle de réponses impulsionnelle de canaux de transmission établis entre deux entités d'une cellule d'un réseau cellulaire afin de déterminer un canal de transmission global constitué d'un ensemble de ces canaux de transmission.
Le procédé objet de l'invention permet donc, en sélectionnant un canal de transmission global à établir l'entité source, l'entité relais et l'entité destination, d'autoriser l'entité source à transmettre plus fréquemment malgré le fait que le canal de transmission établi directement entre l'entité source et l'entité destination présente une atténuation telle que la transmission de services temps réel ne peut être assurée
En d'autres termes, la combinaison des caractéristiques du canal de transmission établi entre l'entité source et l'entité relias et des caractéristiques du canal de transmission établi entre l'entité relais et l'entité destination permet de déterminer un canal de transmission global présentant une atténuation moindre que celle du canal de transmission établi directement entre l'entité source et l'entité destination. Ceci implique la réduction du délai d'attente de l'entité source avant d'être autorisée à émettre.
Ainsi, l'information de variation temporelle que l'on considère n'est pas une information de variation temporelle partielle concernant un canal de
transmission établi par exemple entre une entité source et une entité relais ou entre l'entité relais et une entité destination, mais une information de variation globale concernant un canal de transmission global à établir entre une entité source et une entité destination et transitant via au moins une entité relais. Une telle information de variation globale permet de sélectionner parmi plusieurs canaux de transmission globaux déterminés, celui qui va être le plus adapté, à la différence d'une sélection selon une variation temporelle uniquement partielle qui ne renseigne pas sur l'état de la variation temporelle de la réponse impulsionnelle du canal de transmission global à établir entre l'entité source et l'entité destination et transitant via au moins une entité relais.
Selon une caractéristique particulière de l'invention, la variation temporelle d'une réponse impulsionnelle d'au moins un canal de transmission est déterminée à partir d'une valeur moyenne des réponses impulsionnelle desdits canaux de transmission et d'une vitesse de déplacement de ladite entité donnée. Une telle solution nécessite une complexité de calculs moindre, l'ordonnanceur ne devant pas déterminer une valeur de la variation temporelle de la réponse impulsionnelle de tous les canaux de transmission établis entre les différentes entités du réseau coopératif.
Selon une caractéristique particulière de l'invention, un canal de transmission global est sélectionné lorsque la variation temporelle de la réponse impulsionnelle dudit canal de transmission global est supérieure à un seuil prédéterminé et lorsqu'une variation temporelle d'une réponse impulsionnelle d'un canal de transmission établi directement entre l'entité source et l'entité relais est inférieure audit seuil prédéterminé. Ainsi, on détermine à l'avance un seuil de variation temporelle au dessous duquel il est inutile de sélectionner ce canal de transmission global. Ce seuil peut être configuré de manière statique ou être variable dans le temps ou dans l'espace, par exemple en fonction des conditions structurelles d'emplacement des antennes ou de la nature du terrain ou est implanté la cellule du réseau cellulaire.
Selon une caractéristique particulière de l'invention, ladite étape de sélection tient compte d'au moins un critère supplémentaire appartenant au groupe comprenant : une atténuation d'un signal dans ledit canal de transmission ; - une vitesse de déplacement de ladite entité relais ; une distance entre ladite entité source et ladite entité relais ; une distance entre ladite entité relais et ladite entité destination ; une quantité de bande passante disponible ; un état de fonctionnement de ladite entité relais ; - des interférences (entre différents trajets, entre utilisateurs, entre cellules).
Selon une particularité du procédé objet de l'invention, celui-ci comporte u une étape d'information de l'entité relais Mk par laquelle transite le canal global sélectionné pour relayer des échanges de données entre l'entité source M1 et l'entité destination Mj. L'invention concerne également un dispositif de gestion d'une communication entre au moins une entité source et une entité destination, dans un réseau coopératif comprenant une pluralité d'entité, le dispositif comprenant des moyens de détermination, pour une entité donnée dudit réseau, d'une variation temporelle d'une réponse impulsionnelle d'un canal de transmission établi entre ladite entité donnée et une autre entité. de gestion de transmission de données d'une entité source vers une entité destination, lesdites première et deuxième entités appartenant à au moins une cellule d'un réseau cellulaire coopératif comprenant une pluralité d'entités, le dispositif comprenant des moyens de détermination, pour chaque entité appartenant à ladite cellule, d'une variation temporelle d'une réponse impulsionnelle d'un canal de transmission établi entre une première entité et une deuxième entité,
Un tel dispositif est particulier en ce qu'il comprend :
- des moyens de détermination d'une variation temporelle d'une réponse impulsionnelle d'au moins un canal de transmission global destiné à être établi
entre l'entité source et l'entité destination et transitant par au moins une entité relais, à partir des variations temporelles des réponses impulsionnelle desdits canaux de transmission;
- des moyens de sélection d'un canal de transmission global parmi l'ensemble des canaux de transmission globaux déterminés.
Selon une particularité du dispositif de gestion de transmission de données objet de l'invention celui-ci comprend également des moyens d'information de l'entité relais par laquelle transite le canal global sélectionné pour relayer des échanges de données entre l'entité source et l'entité destination. Selon un autre aspect, l'invention concerne également un produit programme d'ordinateur téléchargeable depuis un réseau de communication et/ou stocké sur un support lisible par ordinateur et/ou exécutable par un microprocesseur, et comprenant des instructions de code de programme pour l'exécution du procédé de communication tel que décrit précédemment. 4 LISTE DES FIGURES
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation de l'invention, donné à titre de simple exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés, parmi lesquels : - la figure 1 est un diagramme illustrant un réseau cellulaire, cellule comprenant K entités pouvant coopérer entre elles ; la figure 2 illustre les différentes étapes de mise en œuvre du procédé de communication selon l'invention ; la figure 3 représente des variations temporelles des atténuations des canaux de transmission établis entre trois entités mobiles Ml, M2, M3 et une station de base SB ainsi que des variations temporelles des atténuations du canal de transmission global établi entre l'entité Ml et la station de base SB et relayé par une entité M4 ; la figure 4 décrit un exemple de sélection des entités mobiles Ml, M2 et M3 pour le mode d'accès TDMA sans mise en œuvre du procédé de
communication selon l'invention ; la figure 5 décrit un exemple de sélection des entités mobiles Ml, M2 et M3 pour le mode d'accès TDMA lors d'une mise en œuvre du procédé de communication selon l'invention ; - la figure 6 illustre les probabilités que le délai d'attente des entités mobiles
Ml, M2 et M3 dépasse un délai maximum, avec et sans mise en œuvre du procédé de communication selon l'invention ; la figure 7 illustre un dispositif de transmission selon un mode de réalisation particulier de l'invention. 5 DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION 5.1 Rappel du principe de l'invention
L'invention propose une nouvelle technique de sélection de canaux de transmission globaux établis entre une entité source et une entité destination et transitant par une ou plusieurs entités relais, permettant de relayer des données de l'entité source vers l'entité destination, ce qui permet de réduire le délai d'attente d'une entité source pour qu'elle soit autorisée à transmettre.
Une telle réduction de délai peut par exemple se révéler utile lorsque le canal de transmission établi entre une entité source et une entité destination est perturbé, entraînant une faible fréquence de sélection de l'entité source, notamment lorsqu'un ordonnancement opportuniste est mis en œuvre.
Le principe général de l'invention repose sur la sélection d'un canal de transmission global établi entre une entité source et une entité destination et transitant par au moins une entité relais pour retransmettre à l'entité destination, des informations reçues de l'entité source. Ainsi, par voie de conséquence : - le délai d'attente de transmission de la (ou des) entité source, c'est à dire le délai pour que l'entité source soit sélectionnée et autorisée par l'ordonnanceur à transmettre des informations, est réduit ; certaines contraintes du système, comme par exemple le débit de transmission, la probabilité de coupure, ..., sont respectées.
La réduction de ce délai de sélection de l'entité source est obtenue par la mise en œuvre du procédé de communication de données entre une entité source et une entité destination, via au moins une entité relais, selon l'invention. L'entité relais est une entité mobile, c'est-à-dire en déplacement dans la cellule, qui peut par exemple utiliser une stratégie de relais reposant sur l'amplification et la retransmission telle que décrite précédemment.
L'invention propose donc d'exploiter les propriétés de variation temporelle de la réponse impulsionnelle des canaux de transmission établis entre deux entités de la cellule pour sélectionner un canal de transmission global reliant l'entité source à l'entité destination et transitant par au moins une entité relais mobile, et réduire ainsi le délai de sélection de l'entité source.
On considère par exemple un réseau coopératif dans lequel il est supposé que des caractéristiques d'un canal de transmission établi entre l'entité source et l'entité destination évoluent peu dans le temps et que ces caractéristiques présentent des valeurs telles que la qualité de réception des données n'est pas satisfaisante. De telles caractéristiques sont par exemple l'atténuation.
Ceci a pour conséquence que le délai d'attente pour qu'une entité source soit autorisée à émettre est long.
On suppose également qu'il existe une entité jouant le rôle de relais qui se déplace dans la cellule impliquant une variation rapide du canal de transmission la reliant à l'entité source, et du canal de transmission la reliant à l'entité destination.
On appelle canal de transmission global ce nouveau canal de transmission correspondant au canal de transmission destiné à être établi entre l'entité source, et l'entité destination par l'intermédiaire d'une ou plusieurs entités relais.. Ainsi toute information émise par l'entité source est transmise à l'entité destination à travers le canal de transmission global. Le procédé de communication selon l'invention permet donc d'établir un canal de transmission global entre l'entité source et l'entité destination pour suppléer le canal de transmission établi directement entre la source et la destination, la réponse
impulsionnelle du canal de transmission global variant plus rapidement dans le temps que la réponse impulsionnelle du canal de transmission direct.
On décrit, en relation avec la figure 1 , un réseau au sein duquel peut être appliqué le procédé de communication selon l'invention. Ce réseau comprend K entités qui peuvent coopérer entre elles. Ces entités sont appelées M1, M2,..., Mκ, chacune d'elles se déplaçant à une vitesse Vk, pour k=l ...K, où Vk peut être égale à 0. Chaque canal de transmission reliant une entité i (i=l ...K) à une entité j (j=l ...K et i≠j) est noté hy.
On suppose que les variations temporelle sde la réponse impulsionnelle des canaux de transmission reliant ces différentes entités entre elles sont connues d'un ordonnanceur, qui réalise par exemple une estimation de cette variation pour tous ces canaux de transmission, par exemple en utilisant la méthode des symboles pilotes, connue de l'homme de l'art. Cet ordonnanceur est intégré dans une entité du réseau telle que par exemple une station de base. Lorsqu'une entité source (par exemple M1) désire transmettre des informations à une entité destination (par exemple Mj), elle doit y être autorisée par l'ordonnanceur. Si le canal de transmission la reliant directement à l'entité destination ne présente pas une variation temporelle de la réponse impulsionnelle du canal suffisante, et que la vitesse de déplacement de l'entité source est lente, cette entité source peut rester silencieuse pendant une longue période avant d'être autorisée à transmettre.
Connaissant les propriétés de variation temporelle de la réponse impulsionnelle des autres canaux de transmission (par exemple les canaux de transmission h± et hk,), l'ordonnanceur propose à l'entité source M1 qui veut transmettre, un canal de transmission global passant par un ou plusieurs relais (par exemple Mk) de telle façon que ce nouveau canal de transmission global (c'est à dire le canal de transmission global établi entre la source et la destination, et transitant par le ou les relais) dispose d'une variabilité temporelle de la réponse impulsionnelle de ce canal suffisante pour assurer le service désiré. En d'autres termes, le canal de transmission global destiné à être établi entre l'entité source et
l'entité destination par l'intermédiaire des entités relais présente une réponse impulsionnelle variant plus rapidement que celle du canal de transmission établi directement entre l'entité source M1 et l'entité destination Mj.
La variation de la réponse impulsionnelle des canaux de transmission est par exemple évaluée au moyen d'une fonction de corrélation temporelle du canal R(τ), qui caractérise la vitesse de variation d'un canal établi entre les entités i et j. Cette fonction R(τ) est définie comme la moyenne statistique du produit de la réponse impulsionnelle hy du canal à l'instant t et de son conjugué, noté h lj5 à l'instant t+τ :
Ainsi, plus cette fonction de corrélation est décroissante plus la variabilité temporelle de la réponse impulsionnelle du canal, c'est-à-dire les variations de l'atténuation d'un signal transmis au travers du canal dans le temps, est importante. Le procédé de communication selon l'invention, par exemple mis en œuvre au sein d'un ordonnanceur, peut se baser sur une telle métrique de type fonction de corrélation temporelle pour identifier un ou plusieurs canaux de transmission globaux, destiné à être établis entre une entité source et une entité destination et transitant par une ou plusieurs entités relais, susceptibles de transmettre l'information entre l'entité source donnée et l'entité destination donnée.
Dans un mode de réalisation du procédé, la propriété de l'autocorrélation de l'atténuation du canal de transmission peut être considérée comme métrique de choix d'un canal de transmission global, il propose alors à l'entité source M1 d'établir un canal de transmission global transitant par une entité relais Mk (k=l ...K et k≠i≠j) pour atteindre Mj tel que la fonction d'autocorrélation :
R'(τ)=E(hlk(t) hkj(t) h* lk(t+τ) h* kj(t+τ)) soit suffisamment décroissante pour assurer le service désiré. Cette décroissance reflète la vitesse de variabilité temporelle de la réponse impulsionnelle du canal de transmission global et donc la durée d'attente d'une entité source avant de pouvoir être autorisée à émettre lorsque le canal de
transmission direct établi entre cette entité source et une entité destination se trouve dans de mauvaises conditions radio.
Cette décroissance est fortement reliée à la vitesse Vk de déplacement de l'entité relais Mk. Ainsi, dans un autre mode de réalisation du procédé de communication objet de l'invention, la variation de la réponse impulsionnelle des canaux de transmission est évaluée à partir d'une valeur moyenne de la réponse impulsionnelle d'un canal de transmission et d'une valeur de la vitesse de déplacement de l'une des entités entre lesquelles le canal de transmission est établi. Ainsi, plus la vitesse de déplacement de l'une des entités entre lesquelles le canal de transmission est établi est grande, plus la variation temporelle de la réponse impulsionnelle est forte.
Le calcul de la fonction R'(τ) est notamment décrit par CS. Patel et al. dans le document « Statistic properties of amplify and forward relay fading channels »
(IEEE Transactions on Vehicular technology, Vol 55, No. 1, Janvier 2006), dans le cas d'une seule entité relais, pour un canal de transmission de type Rayleigh entre l'entité source et l'entité relais et entre l'entité relais et l'entité destination.
Ceci est une hypothèse faite sur la nature du canal de transmission dans un mode de réalisation particulier de l'invention.
Il est bien entendu que d'autres métriques, par exemple des métriques d'ordre 2, pourraient être utilisées. Un exemple d'illustration d'une telle métrique est le suivant :
R"(τ)=E(|hlk(t)|2 |hkj(t)|2 |hlk(t+τ)|2 |hkj(t+τ)|2)
Ainsi la variabilité temporelle de la réponse impulsionnelle du canal de transmission global établi entre l'entité source et l'entité destination est suffisamment importante pour assurer la communication entre l'entité source et l'entité destination. On utilise donc les vitesses de déplacement relatives de la ou des entités relais entre elles et vis-à-vis de l'entité source et/ou de l'entité destination pour déterminer la variabilité temporelle de la réponse impulsionnelle des canaux de transmission établis entre l'entité source et la ou les entités relais et entre cette entité relais et l'entité destination et sélectionner le canal de
transmission global transitant établi entre l'entité source et l'entité destination doit transiter.
Ainsi le procédé de communication selon l'invention comprend les étapes suivantes, illustré en relation avec la figure 2 : - une étape de détermination 201 d'une information de variation temporelle de la réponse impulsionnelle de canaux de transmission globaux destinés à être établis entre une entité source et une entité destination et transitant par au moins une entité relais, à l'aide d'informations de variation temporelle de la réponse impulsionnelle de canaux de transmission établis entre les différentes entités en déplacement dans la cellule du réseau cellulaire, par exemple les entités M1, M2, ..., Mk ; une étape de sélection 202, parmi l'ensemble des canaux de transmission globaux possibles, d'un canal de transmission global en fonction des informations de variation temporelle de la réponse impulsionnelle de l'ensemble des canaux de transmission globaux destinés à être établis entre l'entité source et l'entité destination; une étape 203 d'information de l'entité relais Mk par laquelle transite le canal global sélectionné pour relayer des échanges de données entre l'entité source M1 et l'entité destination Mj. Une telle sélection d'un canal de transmission global en fonction de la variabilité temporelle de la réponse impulsionnelle du canal de transmission global permet de réduire le délai d'attente d'une entité source avant que celle-ci ne soit autorisée à émettre par l'ordonnanceur.
De plus, un tel canal de transmission global peut transiter par une entité relias appartenant à une cellule voisine et se trouvant à portée de l'ordonnanceur. Ainsi, le rôle d'entité relais n'est pas limité aux seuls terminaux mobiles de la cellule.
5.2 Description d'un mode de réalisation
On présente dans ce mode de réalisation, de nouveau en relation avec la figure 1, la mise en œuvre du procédé de communication selon l'invention au sein
d'un réseau cellulaire comprenant, dans une même cellule, une station de base correspondant à l'entité destination Mj , et K-I terminaux mobiles Mk, pour k=l ...K et k≠j, qui peuvent coopérer entre eux. On considère également que : la technique d'accès utilisée au sein du système est la technique TDMA décrite plus haut ; que le terminal mobile Mi (entité source) cherche à transmettre des données à la station de base Mj , la liaison établie entre ces deux entités est une liaison montante : du terminal mobile vers la station de base ; La station de base est considérée comme étant située sur un point en hauteur par rapport à l'entité source et fixe dans la cellule (c'est-à-dire non mobile). Par conséquent, elle n'a pas d'impact sur la variabilité temporelle de la réponse impulsionnelle du canal radio établi avec l'entité source.
On suppose que le terminal mobile Mi est placé dans un environnement cloisonné, c'est-à-dire qu'il se situe au sein d'un bâtiment par exemple, et voit ainsi la réponse impulsionnelle du canal de transmission le reliant à la station de base varier très lentement car l'atténuation entre la station de base Mj et le terminal mobile Mi est importante, par exemple à cause de la distance, des murs.... Ainsi l'atténuation du canal de transmission établi entre les terminaux Mi et Mj se situe en dessous d'un certain seuil prédéterminé qui leur permettrait de communiquer entre eux. Ce seuil est notamment fonction de l'application demandée.
Par ailleurs, la variation très lente dans le temps de la réponse impulsionnelle du canal de transmission établi entre les terminaux Mi et Mj peut garder le terminal mobile Mi dans de mauvaises conditions radio pour communiquer avec la station de base Mj pendant une durée importante, ce qui peut être inacceptable pour le terminal mobile Mi selon l'application demandée.
La mise en œuvre du procédé objet de l'invention selon ce mode de réalisation conduit la station de base Mj à demander aux terminaux mobiles présents dans sa cellule et aptes à coopérer avec le terminal mobile Mi de lui remonter des informations concernant la variabilité temporelle de la réponse
impulsionnelle des canaux de transmission établis entre chaque terminal mobile et la station de base, entre chaque terminal mobile et l'entité source Mi et entre les différents terminaux mobiles entre eux. Il est à noter que ces terminaux mobiles ne sont pas nécessairement actifs, c'est-à-dire qu'ils peuvent être uniquement en mode veille.
La station de base Mj sélectionne alors au moins un canal de transmission global la reliant à l'entité source et transitant par un terminal mobile Mk servant d'entité relais. Une fois le canal de transmission global sélectionné, la station de base demande à l'entité relais de relayer les données transmises par le terminal mobile M1. Le canal de transmission global établi entre l'entité source Mi et la station de base et transitant par l'entité relais Mk est un canal de transmission qui présente une forte variation de ses propriétés temporelles.
Si ce canal de transmission global ne satisfait pas certaines conditions, différentes de la variabilité temporelle de la réponse impulsionnelle, comme par exemple si ce canal de transmission global est plus sensible aux interférences, la station de base évalue un autre candidat pour relayer M1. Cette procédure peut être répétée jusqu'à ce que la station de base trouve une entité relais convenable. D'autres conditions différentes de la variabilité temporelle de la réponse impulsionnelle du canal sont par exemple : une atténuation d'un signal dans ledit canal de transmission, une vitesse de déplacement de ladite entité relais, une distance entre ladite entité source et ladite entité relais, une distance entre ladite entité relais et ladite entité destination, une quantité de bande passante disponible, un état de fonctionnement de ladite entité relais, des interférences (entre différents trajets, entre utilisateurs, entre cellules). On considère selon cet exemple que la station de base joue également le rôle d'ordonnanceur.
Ainsi, la station de base met à jour régulièrement les valeurs des réponses impulsionnelles hy instantanées ou moyennes des canaux de transmission établis entre les différents terminaux mobiles de la cellule, mais également leur sensibilité aux interférences, par exemple, afin de sélectionner en permanence,
parmi les canaux de transmission globaux possibles, au moins un qui soit apte à relayer la transmission d'information entre l'entité source Mi et l'entité destination Mj.
Le procédé selon l'invention permet donc une exploitation dynamique de la variabilité temporelle de réponse impulsionnelle des canaux de transmission établis entre les différents terminaux mobiles de la cellule pour permettre aux terminaux mobiles dont le canal de transmission les reliant à la station de base présente une faible variabilité temporelle de réponse impulsionnelle ou une atténuation importante de profiter de la variabilité supérieure des propriétés temporelles de canaux de transmission les reliant à d'autres terminaux mobiles qui se situent à leurs portées.
5.3 Exemple de mise en œuyre
Dans cet exemple, on considère une station de base et quatre terminaux mobiles (K=5), pour une transmission de données sur une liaison montante (terminal mobile vers station de base). On suppose également que : trois des terminaux mobiles se déplacent à une même vitesse égale à vo ; le quatrième terminal mobile se déplace à une vitesse lOvo ; la station de base est immobile ; les canaux de transmission établis entre les différents terminaux sont de type Rayleigh et le modèle de variation de la variation temporelle de la réponse impulsionnelle des canaux de transmission est celui de Jakes (tel que décrit dans la publication « W. C. Jakes, Microwave Mobile
Communications. New York : IEEE Press, 1974 ») ; à un instant donné, la station de base permette seulement au terminal mobile qui présente la meilleure qualité de canal de transmission de transmettre, on considère donc le cas d'un ordonnancement opportuniste ; une entité relais désignée retransmet le signal qu'elle a reçu après l'avoir amplifié, selon la stratégie amplification/retransmission définie précédemment.
On utilise également un critère pour caractériser la contrainte de service temps réel. Plus précisément, on définit ce critère par la probabilité que la durée moyenne d'attente D d'une entité source cherchant à émettre dépasse un délai maximum 0«« soit inférieure à une seuil fixé ε. Ceci est équivalent à : Pr(D>Dmax) <ε
Ce critère permet de mesurer la durée moyenne d'attente d'une entité source (par exemple un terminal mobile) avant que celle-ci ne soit autorisée à émettre.
On évalue ce critère dans le cadre de deux scénarii possibles : - Scénario 1 : les trois terminaux mobiles notés M1, M2, M3 sont reliés directement à la station de base, sans mise en œuvre du procédé selon l'invention ;
Scénario 2 : la station de base, connaissant la valeur moyenne de la réponse impulsionnelle des canaux de transmission établis entre le terminal mobile Mi et le terminal mobile M4 d'une part et le terminal mobile M4 et la station de base d'autre part, demande au terminal mobile
M4 de lui remonter une information sur la valeur de sa vitesse de déplacement. Elle décide de lui ordonner de relayer le terminal mobile M1.
On présente en premier lieu sur la figure 3 les variations temporelles de la réponse impulsionnelle des canaux de transmission établis entre le terminal mobile Mi et la station de base (canal de transmission M 1-SB), entre le terminal mobile M2 et la station de base (canal de transmission M2-SB), entre le terminal mobile M3 et la station de base (canal de transmission M3-SB), et du canal de transmission global établi entre le terminal mobile M1, le terminal mobile M4, et la station de base (canal de transmission global M1-M4-SB), et les gains conférés par l'invention pour ces deux scénarii.
Plus précisément, la figure 3 présente en abscisse le temps et en ordonnée l'atténuation d'un canal de transmission en fonction du temps.
La figure 4 illustre l'allocation par un ordonnanceur, sur une fenêtre temporelle, d'intervalles temporels aux entités source M1, M2, M3 au cours
desquels elles sont autorisées à émettre des données, selon le scénario 1 (art antérieur). La figure 5 illustre l'allocation par un ordonnanceur, sur une fenêtre temporelle, d'intervalles temporels aux entités source M1, M2, M3, M4, au cours desquels les entités sources Ml, M2, M3 sont autorisées à émettre, selon le scénario 2 (invention).
On remarque que sans coopération entre les différents terminaux mobiles d'une même cellule, le terminal mobile Mi est sélectionné uniquement au début et à la fin de la fenêtre temporelle (figure 4). Cette faible fréquence de sélection résulte de la faible variation temporelle de la réponse impulsionnelle du canal de transmission le reliant directement à la station de base. En revanche, lorsqu'on utilise une technique de coopération selon l'invention, c'est-à-dire lorsque le terminal mobile M4 relaie les transmissions du terminal mobile Mi via le canal de transmission global M1-M4-SB, ce dernier est plus fréquemment sélectionné ce qui réduit son délai d'attente. On présente finalement, sur la figure 6, la probabilité que la durée d'attente d'un terminal mobile dépasse un délai maximum Dmax, selon le scénario 1 (Sl) ou le scénario 2 (S2).
Si par exemple un service temps réel exige que cette probabilité ne dépasse pas les 10% pour un délai de 60 unités de temps, ce service ne sera pas assuré dans le premier scénario pour les trois terminaux mobiles Ml, M2, M3. En effet dans ce cas de figure, cette probabilité vaut 40%. Toutefois en utilisant un relais suffisamment rapide, comme dans le cadre du scénario 2, cette probabilité est réduite à 10%.
En d'autres termes, sans sélection d'un terminal mobile relais comme dans le cas du premier scénario, la probabilité que la contrainte imposée par le service temps réel pour un délai de 60 unités temporelles ne soit pas respectée est de 40%.
En utilisant un terminal mobile relais comme dans le cas du scénario 2, cette probabilité n'est plus que de 10%. Les contraintes imposées sont donc plus souvent respectées grâce à l'invention.
L'invention peut également être mise en œuvre dans d'autres types de réseau comme par exemple des réseaux de type « Broadcast » (terme anglais pour « Diffusion Multiple »). On dit d'un canal de transmission que c'est un canal de transmission « Broadcast » quand une entité source transmet vers plusieurs entités destination un ensemble d'informations qui peut être commun à toutes les destinations. Un exemple de ce type de réseau est la télédiffusion. Dans un tel réseau, l'invention est, par exemple, mise en œuvre pour qu'une station de base puisse diffuser des informations à un ensemble de terminaux mobiles, certains des terminaux de l'ensemble étant utilisés pour relayer l'information vers d'autres terminaux qui ne sont pas accessibles directement par la station de base.
L'invention peut également être mise en œuvre dans le cas d'un réseau utilisant une technique d'accès dite « Multiple Access » qui est, comme cela a déjà été décrit plus haut, un réseau dans lequel plusieurs entités source transmettent vers une même destination des paquets d'information. Un exemple type est une liaison montante pour un système cellulaire où tous les terminaux mobiles transmettent des informations vers la station de base.
L'invention peut encore être mise en œuvre dans le cadre d'un « Réseau Ad hoc », qui est un réseau qui est apte à s'organiser de lui-même sans qu'une infrastructure ait été définie au préalable. Dans ce type de réseau, chaque entité peut jouer différents rôles: source, destination, relais... Un exemple d'un tel réseau Ad hoc est un réseau sans fil de type « Wifi » permettant une mise en place rapide d'une connexion réseau entre deux ordinateurs. L'invention trouve donc une application dans ce type de réseau en permettant à des terminaux de relayer l'information en provenance de terminaux sources vers des terminaux destination. 5.4 Architecture d'un dispositif de transmission selon l'invention
On présente, en relation avec la figure 7, une architecture simplifiée d'un dispositif de mise en œuvre du procédé de communication selon l'invention.
Un tel dispositif de communication 70 comprend des moyens de détermination 71 d'une variation temporelle d'une réponse impulsionnelle d'un canal de transmission établi entre une première entité et une deuxième entité
d'une cellule. Le dispositif 70 comprend également des moyens de détermination 72 d'une variation temporelle d'une réponse impulsionnelle d'au moins un canal de transmission global établi entre l'entité source et l'entité destination et transitant par au moins une entité relais, à partir des variations temporelles des réponses impulsionnelle desdits canaux de transmission;
Le dispositif 70 comprend encore des- des moyens de sélection 73 d'un canal de transmission global en fonction des variations temporelles des réponses impulsionnelle des canaux de transmission globaux, ainsi que des moyens d'information 74 de l'entité relais Mk par laquelle transite le canal global sélectionné pour relayer des échanges de données entre l'entité source M1 et l'entité destination Mj.
Enfin, l'invention a aussi pour objet un programme d'ordinateur, notamment un programme d'ordinateur sur ou dans un support d'informations ou mémoire, 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.
D'autre part, le support d'informations peut être un support transmissible tel 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.
Claims
1. Procédé de communication entre au moins une entité source et une entité destination, dans un réseau coopératif comprenant une pluralité d'entités, le procédé comprenant une étape de détermination, pour une entité donnée dudit réseau, d'une variation temporelle d'une réponse impulsionnelle d'un canal de transmission établi entre ladite entité donnée et une autre entité, caractérisé en ce ledit procédé comprend :
- une étape de détermination d'une variation temporelle d'une réponse impulsionnelle d'au moins un canal de transmission global destiné à être établi entre l'entité source et l'entité destination et transitant par au moins une entité relais, à partir des variations temporelles des réponses impulsionnelle desdits canaux de transmission;
- une étape de sélection d'un canal de transmission global parmi l'ensemble des canaux de transmission globaux déterminés.
2. Procédé de communication selon la revendication 1, caractérisé en ce que la variation temporelle d'une réponse impulsionnelle d'au moins un canal de transmission est déterminée à partir d'une valeur moyenne des réponses impulsionnelle desdits canaux de transmission et d'une vitesse de déplacement de ladite entité donnée.
3. Procédé de communication selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un canal de transmission global est sélectionné lorsque la variation temporelle de la réponse impulsionnelle dudit canal de transmission global est supérieure à un seuil prédéterminé et lorsqu'une variation temporelle d'une réponse impulsionnelle d'un canal de transmission établi directement entre l'entité source et l'entité relais est inférieure audit seuil prédéterminé.
4. Procédé de communication selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite étape de sélection tient compte d'au moins un critère supplémentaire appartenant au groupe comprenant : une atténuation d'un signal dans ledit canal de transmission ; une vitesse de déplacement de ladite entité relais ; une distance entre ladite entité source et ladite entité relais ; une distance entre ladite entité relais et ladite entité destination ; - une quantité de bande passante disponible ; un état de fonctionnement de ladite entité relais ; des interférences (entre différents trajets, entre utilisateurs, entre cellules).
5. Procédé de communication selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte une étape d'information de l'entité relais Mk par laquelle transite le canal global sélectionné pour relayer des échanges de données entre l'entité source M1 et l'entité destination Mj.
6. Dispositif de gestion d'une communication entre au moins une entité source et une entité destination, dans un réseau coopératif comprenant une pluralité d'entité, le dispositif comprenant des moyens de détermination, pour une entité donnée dudit réseau, d'une variation temporelle d'une réponse impulsionnelle d'un canal de transmission établi entre ladite entité donnée et une autre entité, caractérisé en ce ledit dispositif comprend :
- des moyens de détermination d'une variation temporelle d'une réponse impulsionnelle d'au moins un canal de transmission global destiné à être établi entre l'entité source et l'entité destination et transitant par au moins une entité relais, à partir des variations temporelles des réponses impulsionnelle desdits canaux de transmission;
- des moyens de sélection d'un canal de transmission global.
7. Dispositif communication selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend également des moyens d'information de l'entité relais par laquelle transite le canal global sélectionné pour relayer des échanges de données entre l'entité source et l'entité destination.
8. Produit programme d'ordinateur téléchargeable depuis un réseau de communication et/ou stocké sur un support lisible par ordinateur et/ou exécutable par un microprocesseur, caractérisé en ce qu'il comprend des instructions de code de programme pour l'exécution du procédé de communication selon l'une au moins des revendications 1 à 5, lorsqu'il est exécuté sur un ordinateur.
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