Método y sistema relacionado con el consumo de potencia en una red de comunicaciones.

Un método para controlar el consumo de potencia de varios equipos de usuario (UE),

(320a-320c) en una red(300) de comunicaciones inalámbricas que comprende una estación base, comprendiendo el método los pasos de:programar inicialmente al menos un equipo de usuario (UE)

comprendiendo el método además:

a) seleccionar varios equipos de usuario (UE) programados para un enlace ascendente (2)

b) calcular un ancho de banda optimizado en eficiencia espectral máximo, es decir, un recurso de ancho debanda, BWSEopt, y un tamaño de datos correspondientes, TBSSEopt, para cada UE, (4)

c) calcular un tamaño de datos maximizado para cada equipo de usuario (UE), yd) si queda ancho de banda, dividir los restantes anchos de banda entre equipos de usuario (UEs) de talmanera que se minimice un consumo de potencia total (6, 9).

Método y sistema relacionado con el consumo de potencia en una red de comunicaciones

CAMPO TÉCNICO

El presente invento se refiere a un método y un sistema para controlar el consumo de potencia de Equipos de Usuario en una red de comunicaciones inalámbricas.

ANTECEDENTES

3GPP LTE (Evolución a Largo Plazo) es una tecnología de acceso radio para servicios de conmutación por paquetes. Se caracteriza por la falta de canales dedicados, y todos los datos en enlaces ascendentes y descendentes se transmiten por canales compartidos. Esto significa que cada usuario (UE, Equipo de Usuario) necesita ser programado en el tiempo y en la frecuencia para ser capaz de recibir y de transmitir datos.

La capa física está basada en OFDM (Multiplexado por División de Frecuencia Ortogonal) en los enlaces ascendentes y descendentes. Un símbolo OFDM consiste en varias subportadoras en el dominio de la frecuencia, dependiendo del ancho de banda del canal. Una subportadora de un símbolo OFDM puede transportar un símbolo de modulación. Para datos, a un UE siempre se le asignan varias subportadoras en varios símbolos OFDM posteriores.

El nodo de programación en LTE es eNodeB (Nodo B evolucionado) , también llamado RBS (Estación Base de Radio) .

En el enlace ascendente, se definen varios canales físicos y varias señales físicas:

• PUSCH (Canal compartido de enlace ascendente físico)

o Este canal transporta datos y control, y es compartido entre todos los UEs de la célula.

• PUCCH (Canal de control de enlace ascendente físico)

o Este canal transporta sólo control y es específico para cada UE.

• PRACH (Canal de acceso aleatorio físico)

o Este canal es usado por UEs que no están sincronizados y que necesitan acceder al eNodeB.

• Señales de referencia para demodulación

o Estas son señales (pilotos) de referencia específicas para cada UE asociadas con PUSCH ó PUCCH, usadas por el eNodeB para la estimación de canal de PUSCH o PUCCH.

• Señales de referencia para sondeo

o Estas son señales (pilotos) de referencia específicas para cada UE no asociadas con PUSCH o PUCCH, usadas por el eNodeB para una estimación selectiva de frecuencia de banda ancha del canal.

La portadora de enlace ascendente se puede ver como una trama de recursos con símbolos OFDM (también llamados símbolos SC-FDMA, donde SC-FDMA es un acrónimo de Acceso Múltiple por División de Frecuencia dePortadora Única y se usa para enfatizar que todas las subportadoras usadas por un UE no tienen por qué ser adyacentes) en el dominio del tiempo y subportadoras en el dominio de la frecuencia. Un RE (Elemento de Recurso) se define como un símbolo OFDM multiplicado por una subportadora y se puede usar para transportar un símbolo de modulación.

En la figura 1 se ilustra la trama de recursos de enlace ascendente convencional.

El rectángulo 1 en línea gruesa continua de la figura 1 denota un RB (bloque de recurso) , y el rectángulo 2 en línea gruesa discontinua denota un SB (bloque de programación) . El tamaño de un RB es de un intervalo de tiempo (0, 5 ms) por 12 subportadoras. Los RBs se pueden asignar a cualquiera de entre PUSCH (incluyendo señales de referencia para demodulación) , PUCCH (incluyendo señales de referencia para demodulación) o PRACH. Una excepción son las señales de referencia para sondeo que ocupan un símbolo OFDM en algunos intervalos de tiempo, reduciendo de esta forma el número de REs para PUSCH.

En la figura 1, un cuadrado vacío sólido denota PUSCH, un cuadrado con líneas descendentes de izquierda a derecha denota señales de referencia para demodulación para PUSCH, un cuadrado con líneas descendentes de derecha a izquierda denota señales de referencia para sondeo y un cuadrado gris sólido denota PRACH. Esto es sólo un ejemplo de asignación de RBs a canales.

Es tarea del programador del enlace ascendente en el RBS asignar SBs de PUSCH a diferentes UEs. También es tarea del programador del enlace ascendente seleccionar el esquema de modulación y la velocidad de codificación para cada UE. Por supuesto, esto es específico para cada UE. En el caso general, el programador asigna recursos para cada UE, donde los recursos podrían ser frecuencia, antenas, códigos o quizás algo diferente.

El programador del enlace ascendente necesita tener en cuenta lo siguiente (entre otras cosas) cuando está realizando la programación:

• El número de UEs que es posible multiplexar en la misma subtrama está limitado debido a recursos de canal de control en el enlace descendente.

• Los UEs pueden tener una cantidad limitada de datos en sus búfers de transmisión. Es un desperdicio asignar un ancho de banda de transmisión mayor que el que corresponda a la cantidad de datos en el búfer.

• Los UEs pueden tener una capacidad limitada en términos de cantidad de datos por subtrama, limitada por la categoría del UE.

• El UE tiene una cantidad limitada de potencia. Típicamente, el mecanismo de control de potencia se esfuerza por mantener la SINR (relación señal a interferencia más ruido) recibida en la RBS en un valor constante. Sin embargo, cuando el UE está lejos de la RBS, o cuando la pérdida en la trayectoria es grande debido a otras razones (pérdidas por penetración dentro de edificios, ensombrecimiento o atenuación a pequeña escala) , la capacidad de potencia del UE puede no ser suficiente para mantener este SINR objetivo. Esto también depende del ancho de banda de transmisión dado que la SINR es proporcional a la PSD (Densidad Espectral de Potencia) , que es la potencia por unidad de recurso, en lugar de ser proporcional a la potencia.

La transmisión es espectralmente eficiente si se maximiza D/B, número de bits transmitidos / ancho de banda usado para la transmisión. La transmisión es eficiente en potencia si se maximiza D/E, número de bits transmitidos / energía usada para la transmisión. Donde:

D = número de bits transmitidos B = ancho de banda usado para la transmisión o ancho de banda de transmisión (Hz)

E = energía usada para la transmisión La eficiencia espectral y la eficiencia en potencia están en conflicto la una con la otra. Eso es debido a que para transmitir un cierto número de bits se puede usar un ancho de banda mayor o una energía mayor.

El límite superior de capacidad de un canal para un canal de ruido blanco gaussiano aditivo se puede calcular de acuerdo con la fórmula de Shannon:

C = B * log2 (1 + P / (N0 * B) )

donde

• C: capacidad del canal (bits/s)

• B: ancho de banda de transmisión (Hz)

• P: potencia de transmisión (W)

• N0: densidad espectral de ruido (W/Hz)

A partir de la fórmula se puede ver que el ancho de banda es un recurso más valioso que la potencia, dado que P está dentro de la expresión logarítmica.

En realidad, C está limitada por los esquemas de modulación y las velocidades de codificación soportadas en el estándar aplicable, en este ejemplo LTE versión 8. El Esquema de Codificación y Modulación (MCS) más eficiente espectralmente viene dado por el mayor orden de modulación y por la mayor velocidad de codificación, dependiendo de la implementación de la capacidad 64QAM opcional. Se debería observar que LTE versión 8 se da como un ejemplo y que versiones de LTE posteriores pueden implementar otras modulaciones y otras velocidades de codificación.

En LTE versión 8 el esquema de modulación más eficiente en potencia es QPSK. Se puede comprender que sea más eficiente en potencia que 16QAM dado que la distancia entre los símbolos en el diagrama de constelación es mayor para la misma potencia media. La velocidad de codificación más eficiente es 1/3 dado que esa es la velocidad de código fuente del códec Turbo. Se puede usar una codificación más robusta aplicando repetición, pero eso no hace aumentar la eficiencia en potencia.

El método existente de programación directa de enlace ascendente, por ejemplo, LTE versión 8, comprende los pasos de:

• Listar los UEs en orden de prioridad. Este orden de prioridad se podría decidir por cualquier método y podría incluir cualquier criterio como por ejemplo calidad del canal, equidad, prioridad de subscripción, etc.

• Decidir qué UEs programar en la subtrama actual, dependiendo de la cantidad de recursos de canal de control de enlace descendente disponibles.

• Para cada UE, intentar programar tantos datos como sea posible. Es decir, permitir que el tamaño de datos esté limitado por la cantidad de datos en el búfer, la capacidad... [Seguir leyendo]

1. Un método para controlar el consumo de potencia de varios equipos de usuario (UE) , (320a-320c) en una red

(300) de comunicaciones inalámbricas que comprende una estación base, comprendiendo el método los pasos de:

programar inicialmente al menos un equipo de usuario (UE)

comprendiendo el método además:

a) seleccionar varios equipos de usuario (UE) programados para un enlace ascendente (2)

b) calcular un ancho de banda optimizado en eficiencia espectral máximo, es decir, un recurso de ancho de banda, BWSEopt, y un tamaño de datos correspondientes, TBSSEopt, para cada UE, (4)

c) calcular un tamaño de datos maximizado para cada equipo de usuario (UE) , y

d) si queda ancho de banda, dividir los restantes anchos de banda entre equipos de usuario (UEs) de tal manera que se minimice un consumo de potencia total (6, 9) .

2. El método de la reivindicación 1, en el cual dicho al menos un equipo de usuario (UE) tiene propiedades de ahorro de potencia, comprendiendo el método además el paso de

e) para cada equipo de usuario (UE) de ahorro de potencia usar el esquema de codificación y modulación más eficiente en potencia, soportado por la estación base, y mantener la cantidad de datos como en dicho tamaño de datos correspondiente, TBSSEopt (10) .

3. El método de la reivindicación 1, que comprende además asignar un recurso de ancho de banda BW mínimo a varios equipos de usuario (UEs) .

4. El método de la reivindicación 3, en el cual con el fin de evitar dejar sin ancho de banda a un equipo de usuario ya seleccionado, a cada equipo de usuario se le garantiza al menos un recurso de ancho de banda mínimo.

5. El método de la reivindicación 1, en el cual en dicho paso b, para cada equipo de usuario, se selecciona un esquema de codificación y modulación más eficiente soportado por una estación base y basándose en características del canal y en la capacidad de potencia del equipo de usuario, se calcula un tamaño de recurso de ancho de banda y se decide un tamaño de recurso de ancho de banda máximo por la cantidad de datos en los equipos de usuario o en el búfer de transmisión o por la capacidad de caudal de datos máxima del equipo de usuario.

6. El método de la reivindicación 1, en el cual en dicho paso c, se compara una suma de BWSEopt para todos los equipos de usuario con un recurso de ancho de banda total.

7. El método de la reivindicación 1, en el cual en dicho paso d, la división de los recursos BW totales se hace de tal manera que todos los equipos de usuario usen un esquema de codificación y modulación más eficiente soportado por la estación base.

8. Un sistema (510) de infraestructura para su uso en una red (100) de comunicaciones que comprende al menos una unidad (501) de proceso, al menos una unidad (502) de memoria y al menos una interfaz (503) de comunicación, estando configurado el sistema para seleccionar varios equipos de usuario para su programación basándose en varios canales de control disponibles y prioridades de equipo de usuario, caracterizado porque dicha unidad de proceso está configurada para programar inicialmente al menos un equipo de usuario.

en el cual dicha unidad de proceso está además configurada para calcular un recurso optimizado en eficiencia espectral máximo y un tamaño de datos correspondiente para cada equipo de usuario, y seleccionar un esquema de codificación y modulación eficiente, soportado por una estación base, estando adaptado el sistema de infraestructura para programar inicialmente al menos un equipo de usuario (UE)

a) seleccionar varios equipos de usuario (UE) programados para un enlace ascendente (2)

b) calcular un ancho de banda optimizado en eficiencia espectral máximo, es decir, un recurso BW, BWSEopt, y un tamaño de datos correspondiente TBSSEopt, para cada equipo de usuario (UE) , (4)

c) calcular un tamaño de datos maximizado para cada equipo de usuario (UE) , y

d) si queda ancho de banda, dividir los restantes anchos de banda entre equipos de usuario (UEs) de tal manera que se minimice un consumo de potencia total (6, 9) .

9. Infraestructura de acuerdo con la reivindicación 8, en la cual el al menos un equipo de usuario (UE) tiene propiedades de ahorro de potencia, estando la infraestructura adaptada para e) para cada equipo de usuario (UE) de ahorro de potencia usar el esquema de codificación y modulación más eficiente en potencia, soportado por el sistema de infraestructura, y mantener la cantidad de datos como en dicho tamaño de datos correspondiente, TBSSEopt (10) .