OFDMA con configuración adaptable de los clústeres de subportadoras y carga selectiva.

Un método de selección de subportadoras para un sistema que hace uso de un acceso múltiple por división de frecuencias ortogonales,

OFDMA, que consiste en:

un usuario mide la información sobre los canales y las interferencias de los clústeres de subportadoras en base a unos símbolos piloto (201) recibidos de una estación base;

el usuario selecciona un grupo de posibles clústeres en base a la relación de señal a interferencia más ruido, SIRN;

el usuario proporciona información de retroalimentación a la estación base que comprende un orden arbitrario del grupo de posibles clústeres e incluye una indicación de índice de cada clúster posible con su valor de la SINR;

el usuario recibe una asignación de la estación base de uno o más clústeres seleccionados por la estación base del grupo de posibles clústeres para que el usuario los utilice;

el usuario envía nueva información de realimentación después de que la estación base le haya asignado uno o más clústeres y, después, el usuario recibe de la estación base una nueva asignación de uno o más clústeres.

OFDMA con configuración adaptable de los clústeres de subportadoras y carga selectiva

Campo de la invención La invención se refiere al campo de las comunicaciones inalámbricas, más concretamente, la invención se refiere a sistemas inalámbricos multicelulares para múltiples usuarios que hacen uso de la multiplexación por división de frecuencias ortogonales (OFDM) .

Antecedentes de la invención La multiplexación por división de frecuencias ortogonales (OFDM) es un esquema de modulación eficaz para la transmisión de señales a través de canales selectivos en frecuencia. En la OFDM, un ancho de banda amplio se divide en múltiples subportadoras de banda estrecha que se disponen de manera que sean ortogonales entre sí. Las señales moduladas en las subportadoras son transmitidas en paralelo. Para obtener más información, véase Cimini, Jr., "Analysis and Simulation of a Digital Mobile Channel Using Orthogonal Frequency Division Multiplexing, " IEEE Trans. Commun., vol. COM-33, nº 7, Julio de 1985, págs. 665-75; Chuang y Sollenberger, "Beyond 3G: Wideband Wireless Data Access Based on OFDM and Dynamic Packet Assignment, " IEEE Communications Magazine, Vol. 38, nº. 7, págs. 78-87, Julio de 2000.

Una manera de utilizar la OFDM para facilitar un acceso múltiple para múltiples usuarios es a través del acceso múltiple por división de tiempo (TDMA) , según el cual cada usuario utiliza todas las subportadoras de sus ranuras de tiempo asignadas. El acceso múltiple por división de frecuencias ortogonales (OFDMA) es otro método de acceso múltiple que hace uso del formato básico de la OFDM. En el OFDMA, múltiples usuarios utilizan simultáneamente diferentes subportadoras, de una manera parecida al acceso múltiple por división de frecuencia (FDMA) . Para obtener más información, véase Sari y Karam, "Orthogonal Frequency-Division Multiple Access and its Application to CATV Networks, " European Transactions on Telecommunications, Vol. 9 (6) , págs. 507-516, Nov./Dic. de 1998 y Nogueroles, Bossert, Donder, y Zyablov, "Improved Performance of a Random OFDMA Mobile Communication System, ", Proceedings of IEEE VTC 98, págs. 2502 -2506.

El multitrayecto causa un desvanecimiento selectivo en frecuencia. Las ganancias de canales son distintas para diferentes subportadoras. Además, los canales normalmente no están correlacionados para distintos usuarios. Las subportadoras que se encuentran en un desvanecimiento profundo para un usuario pueden proporcionar altas ganancias de canales para otro usuario. Por lo tanto, en un sistema OFDMA resulta ventajoso asignar las subportadoras a los usuarios de manera adaptable de modo que cada usuario disfrute de una alta ganancia de canales. Para obtener más información, véase Wong et al., "Multiuser OFDM with Adaptive Subcarrier, Bit and Power Allocation, " IEEE J. Select. Areas Commun., Vol. 17 (10) , págs. 1747-1758, Octubre de 1999.

Dentro de una celda, los usuarios pueden ser coordinados de modo que tengan diferentes subportadoras en OFDMA. Las señales para los distintos usuarios se pueden hacer ortogonales y que haya pocas interferencias intracelulares. No obstante, con un plan agresivo de reutilización de frecuencias, por ejemplo, utilización del mismo espectro para múltiples celdas vecinas, surge el problema de interferencias intercelulares. Está claro que las interferencias intercelulares en un sistema OFDMA también son selectivas en frecuencia y resulta ventajoso asignar las subportadoras de manera adaptable para mitigar el efecto de las interferencias intercelulares. Un enfoque para la asignación de subportadoras para OFDMA es una operación de optimización conjunta, que no sólo requiere el conocimiento de la actividad y de los canales de todos los usuarios de todas las celdas, sino que también requiere un replanteamiento frecuente cada vez que un usuario es retirado de la red o un usuario nuevo es añadido a la red. Muchas veces esto resulta inviable en un sistema inalámbrico real debido, sobre todo, al coste del ancho de banda para actualizar la información del usuario y al coste de la computación para la optimización conjunta.

En la Patente Estadounidense nº. 5.726.978 se presenta otro ejemplo de una disposición de técnicas anteriores.

Resumen de la invención

En la presente invención se proporciona un método de selección de subportadoras para un sistema que hace uso de un acceso múltiple por división de frecuencias ortogonales (OFDMA) como el expuesto en las reivindicaciones 1 o 26 adjuntas. En la presente invención también se proporciona un sistema como el expuesto en la reivindicación 27 adjunta.

Breve descripción de los dibujos La presente invención se entenderá mejor con la descripción detallada que se incluye a continuación y con los dibujos de varias realizaciones de la invención que la acompañan, que, sin embargo, no deben ser considerados como que limitan la invención a las realizaciones específicas, sino que se incluyen únicamente a modo de explicación y para facilitar la comprensión.

La Figura 1A ilustra subportadoras y clústeres.

La Figura 1B es un diagrama de flujo de una realización de un proceso para la asignación de subportadoras.

La Figura 2 ilustra una matriz tiempo-frecuencia de símbolos, pilotos y clústeres OFDM.

La Figura 3 ilustra el procesamiento de los usuarios.

La Figura 4 ilustra un ejemplo de la figura 3.

La Figura 5 ilustra una realización de un formato para la realimentación de clústeres arbitrarios.

La Figura 6 ilustra una realización de una división de los clústeres en grupos.

La Figura 7 ilustra una realización de un formato de realimentación para la asignación de clústeres por grupos.

La Figura 8 ilustra la reutilización de frecuencias y las interferencias en una red multicelular multisectorial.

La Figura 9 ilustra diferentes formatos de clústeres para los clústeres de coherencia y los clústeres de diversidad.

La Figura 10 ilustra clústeres de diversidad con salto de subportadoras.

La Figura 11 ilustra una conmutación inteligente entre los clústeres de diversidad y los clústeres de coherencia dependiendo de la movilidad de los usuarios.

La Figura 12 ilustra una realización de una reconfiguración de una clasificación de clústeres.

La Figura 13 ilustra una realización de una estación base.

Descripción detallada de la presente invención Se describe un enfoque distribuido, de complejidad reducida, para la asignación de subportadoras. Las técnicas aquí presentadas se describen utilizando un OFDMA (clústeres) como ejemplo. No obstante, no están limitadas a los sistemas basados en OFDMA. Las técnicas se aplican a sistemas de múltiples portadoras en general donde, por ejemplo, una portadora puede ser un clúster en OFDMA, un código de ensanchamiento en CDMA, un haz de antena en SDMA (acceso múltiple por división de espacio) , etc. En una realización, la asignación de subportadoras se realiza en cada celda por separado. Dentro de cada celda, la asignación de los usuarios individuales (por ejemplo, móviles) también se hace de manera progresiva conforme se añade cada usuario nuevo al sistema en oposición a la asignación conjunta de los usuarios de cada celda en donde las decisiones sobre la asignación se toman teniendo en cuenta a todos los usuarios de una celda para cada asignación. Para los canales de bajada, cada usuario mide primero la información sobre los canales y las interferencias de todas las subportadoras y, a continuación, selecciona múltiples subportadoras con un buen rendimiento (por ejemplo, una alta relación señal a interferencia más ruido (SINR) ) y devuelve la información sobre estas posibles subportadoras a la estación base. La realimentación puede comprender información sobre los canales y las interferencias (por ejemplo, información sobre la relación señal a interferencia más ruido) de todas las subportadoras o sólo de una porción de las subportadoras. En caso de proporcionar información sobre solo una porción de las subportadoras, el usuario puede proporcionar una lista ordenada de las subportadoras empezando por las subportadoras que el usuario desea utilizar, normalmente porque su rendimiento es bueno o mejor que el de las otras subportadoras.

Al recibir la información del usuario, la estación base sigue seleccionando las subportadoras de entre las posibles subportadoras, utilizando la información adicional disponible en la estación base, por ejemplo, la información sobre la carga de tráfico en cada subportadora, la cantidad de solicitudes de tráfico en cola en la estación base para cada banda de frecuencia, si las bandas de frecuencia están sobreutilizadas, y/o cuánto tiempo ha estado esperando un usuario para enviar la... [Seguir leyendo]

1. Un método de selección de subportadoras para un sistema que hace uso de un acceso múltiple por división de frecuencias ortogonales, OFDMA, que consiste en: un usuario mide la información sobre los canales y las interferencias de los clústeres de subportadoras en base a unos símbolos piloto (201) recibidos de una estación base; el usuario selecciona un grupo de posibles clústeres en base a la relación de señal a interferencia más ruido, SIRN;

el usuario proporciona información de retroalimentación a la estación base que comprende un orden arbitrario del grupo de posibles clústeres e incluye una indicación de índice de cada clúster posible con su valor de la SINR;

el usuario recibe una asignación de la estación base de uno o más clústeres seleccionados por la estación base del grupo de posibles clústeres para que el usuario los utilice; el usuario envía nueva información de realimentación después de que la estación base le haya asignado uno o más clústeres y, después, el usuario recibe de la estación base una nueva asignación de uno o más clústeres.

2. El método de la reivindicación 1 en el que la medición por parte del usuario de la información sobre los canales y las interferencias consiste en que el usuario supervisa de manera continua la recepción de los símbolos piloto y mide la relación de señal a interferencia más ruido, SINR, de cada uno de los clústeres de subportadoras.

3. El método definido en la reivindicación 2 que además consiste en que el usuario mide las interferencias intercelulares, en donde el usuario selecciona el grupo de posibles clústeres en base a las interferencias intercelulares.

4. El método definido en la reivindicación 3, en donde la asignación de la estación base de uno o más clústeres seleccionados por la estación base para que el usuario los utilice se basa en la prevención de interferencias intercelulares.

5. El método definido en la reivindicación 4 en donde la prevención de la interferencia intercelular se basa en la información de la estación base vecina.

6. El método de la reivindicación 2 que además consiste en que el usuario mide el tráfico intracelular, en donde el usuario selecciona el grupo de posibles clústeres en base al equilibrio de la carga de tráfico intracelular.

7. El método definido en la reivindicación 1 en donde la asignación de la estación base del uno o más clústeres seleccionados para equilibrar la carga de tráfico intracelular en cada uno de los clústeres.

8. El método definido en la reivindicación 1 en donde el usuario mide la información sobre los canales y las interferencias que consiste en utilizar la información de períodos de símbolos piloto y períodos de datos para medir la información sobre los canales y las interferencias.

9. El método definido en la reivindicación 1 en el que utiliza la información de los períodos de símbolos piloto y de los períodos de tráfico de datos para analizar la presencia de carga de tráfico intracelular y de interferencias intercelulares.

10. El método definido en la reivindicación 1 en donde los símbolos piloto ocupan un ancho de banda de frecuencias de OFDM completo.

11. El método definido en la reivindicación 10 en donde al menos otro símbolo piloto de una celda diferente transmitido al mismo tiempo que los símbolos piloto recibidos de la estación base colisionan entre sí.

12. El método definido en la reivindicación 1, en donde la asignación por parte de la estación base de uno o más clústeres seleccionados por la estación base del grupo de posibles clústeres se basa en la información adicional enviada a la estación base.

13. El método definido en la reivindicación 12 en donde la información adicional comprende información sobre la carga de tráfico en cada uno de los clústeres de subportadoras.

14. El método definido en la reivindicación 13 en donde la información sobre la carga de tráfico es proporcionada por un búfer de datos de la estación base.

15. El método definido en la reivindicación 1 en donde la asignación de los clústeres es recibida a través de un canal de control descendente.

16. El método definido en la reivindicación 1 en donde los clústeres de subportadoras medidos comprenden todos los clústeres que pueden ser asignados por una estación base.

17. El método definido en la reivindicación 1 en donde el orden arbitrario del grupo de posibles clústeres comprende clústeres ordenados de modo que los clústeres de posibles candidatos más deseables son los que se ponen al principio de la lista.

18. El método definido en la reivindicación 1 en donde la información de realimentación indica una velocidad de codificación y modulación.

19. El método definido en la reivindicación 1 en donde el hecho de que el usuario proporcione información de realimentación consiste en ordenar secuencialmente los posibles clústeres.

20. El método definido en la reivindicación 1 que además consiste en que el usuario envía una indicación de las velocidades de codificación y modulación que el usuario desea emplear para cada clúster del grupo de posibles clústeres.

21. El método definido en la reivindicación 20 en donde la indicación de las velocidades de codificación y modulación comprende un índice del valor de la SINR indicativo de una velocidad de codificación y modulación.

22. El método definido en la reivindicación 1 que además consiste en que: al usuario se le asigna una primera porción de los clústeres para establecer un enlace de datos entre la estación base y el usuario; y, a continuación, al usuario se le asigna una segunda porción de los clústeres para aumentar el ancho de banda de las comunicaciones.

23. El método definido en la reivindicación 22 en donde la asignación por parte de la segunda porción ocurre después de que se le hayan asignado los clústeres a cada uno de los usuarios para establecer un enlace de datos entre la estación base y cada uno de los usuarios antedichos.

24. El método definido en la reivindicación 22 en donde la asignación de la segunda porción ocurre antes de que se le hayan asignado los clústeres a cada uno de los usuarios antedichos para establecer el enlace de datos a la estación base.

25. El método definido en la reivindicación 1, en donde la información de realimentación comprende la relación de señal a interferencia más ruido, SINR, del grupo de posibles clústeres.

26. Un método de selección de subportadoras para un sistema que hace uso de un acceso múltiple por división de frecuencias ortogonales, OFDMA, que consiste en que:

una estación base transmite símbolos piloto (201) que el usuario utiliza para medir la información sobre los canales y las interferencias para los clústeres de subportadoras en base a los símbolos piloto (201) recibidos de la estación base, y para que el usuario seleccione un grupo de posibles clústeres en base a la relación de señal a interferencia más ruido, SINR; la estación base recibe del usuario información de realimentación que comprende un orden arbitrario del grupo de posibles clústeres e incluye una indicación de índice de cada uno de los posibles clústeres con su valor de la SINR;

la estación base transmite una asignación de uno o más clústeres seleccionados por la estación base del grupo de posibles clústeres para que el usuario los utilice; y la estación base recibe nueva información de realimentación después de haber asignado el o los clústeres y, a continuación, la estación base transmite una nueva asignación de uno o más clústeres.

27. Un sistema que comprende: una pluralidad de usuarios en una primera celda adaptados para generar información de realimentación indicativa de los clústeres de subportadoras deseados para su uso por parte de la pluralidad de usuarios; una primera estación base en la primera celda, en donde la primera estación base está adaptada para asignar subportadoras de OFDMA de los clústeres a la pluralidad de usuarios; y

cada uno de la pluralidad de usuarios está adaptado para medir información sobre los canales e interferencias para los clústeres de subportadoras en base a los símbolos piloto (201) recibidos de la primera estación base y al menos un usuario está adaptado para seleccionar un grupo de posibles clústeres del clúster de subportadoras en base a la relación de señal a interferencia más ruido (SINR) y del usuario ese usuario por lo menos para proporcionar información de realimentación a la primera estación base que comprende un orden arbitrario del grupo de posibles clústeres e incluye una indicación de índice de cada clúster posible con su valor de la SINR y para recibir una asignación de uno o más clústeres de la primera estación base para que la use ese usuario por lo menos, en donde al menos ese usuario por lo menos envía nueva información de realimentación después de que la primera estación base le haya asignado uno o más clústeres y, a continuación, ese usuario por lo menos recibe de la primera estación base una nueva asignación de uno o más clústeres.

28. El sistema definido en la reivindicación 27 en donde cada uno de la pluralidad de usuarios está adaptado para supervisar de manera continua la recepción de los símbolos de pilotos y medir la relación de señal a interferencia más ruido, SIRN, de cada clúster de subportadoras.

29. El sistema definido en la reivindicación 28 en donde cada uno de la pluralidad de usuarios mide las interferencias intercelulares, en donde ese usuario por lo menos selecciona un grupo de posibles clústeres en base a las interferencias intercelulares.

30. El sistema definido en la reivindicación 29, en donde la asignación de uno o más clústeres por parte de la primera estación base para que ese usuario por lo menos los utilice se basa en la prevención de interferencias intercelulares.

31. El sistema definido en la reivindicación 28 en donde cada uno de la pluralidad de usuarios mide el tráfico intracelular, en donde ese usuario por lo menos está adaptado para seleccionar el grupo de posibles clústeres en base al equilibrio de la carga de tráfico intracelular.

32. El sistema definido en la reivindicación 31 en donde la asignación de uno o más clústeres por parte de la primera estación base se hace para equilibrar la carga de tráfico intracelular en cada uno de los clústeres de subportadoras.

33. El sistema definido en la reivindicación 27 en donde ese usuario por lo menos está adaptado para enviar información de realimentación nueva después de que se le haya asignado el grupo de posibles clústeres para recibir un nuevo grupo de posibles clústeres y, a continuación, recibe otra indicación otra indicación del nuevo grupo de posibles clústeres.

34. El sistema definido en la reivindicación 27 en donde ese usuario por lo menos está adaptado para utilizar la información de períodos de símbolos piloto y períodos de datos para medir la información sobre los canales y las interferencias.

35. El sistema definido en la reivindicación 27 en donde ese usuario por lo menos está adaptado para seleccionar el grupo de posibles clústeres en base a la SINR del clúster y una diferencia entre la potencia medida correspondiente a cada clúster durante los períodos piloto y la potencia medida durante períodos de datos.

36. El sistema definido en la reivindicación 35 en donde ese usuario por lo menos está adaptado para distinguir, durante la selección, el clúster de subportadoras que tenga SINRs sustancialmente similares en base a la diferencia de potencia.

37. El sistema definido en la reivindicación 35 en donde al menos el usuario antedicho está adaptado para utilizar la información de los períodos de símbolos piloto y de los períodos de tráfico de datos para analizar la presencia de carga de tráfico intracelular y de interferencias intercelulares.

38. El sistema definido en la reivindicación 35 en donde los símbolos piloto ocupan un ancho de banda de frecuencias de OFDM completo.

39. El sistema definido en la reivindicación 38 en donde al menos otro símbolo piloto de una celda diferente transmitido al mismo tiempo que los símbolos piloto recibidos de la primera estación base colisionan entre sí.

40. El sistema definido en la reivindicación 27 en donde la asignación de ese uno o más clústeres por parte de la primera estación base se basa en la información adicional a disposición de la estación base.

41. El sistema definido en la reivindicación 40 en donde la información adicional comprende información sobre la carga de tráfico en cada uno de los clústeres de subportadoras.

42. El sistema definido en la reivindicación 41 en donde la información sobre la carga de tráfico es proporcionada por un búfer de datos de la primera estación base.

43. El sistema definido en la reivindicación 27 en donde la asignación de los clústeres es recibida a través de un canal de control descendente entre la primera estación base y ese usuario por lo menos.

44. El sistema definido en la reivindicación 27 en donde los clústeres de subportadoras medidos comprenden todos las subportadoras que pueden ser asignadas por la primera estación base.

45. El método definido en la reivindicación 27 en donde el orden arbitrario del grupo de posibles clústeres comprende clústeres ordenados de modo que los posibles clústeres más deseables son los que se ponen al principio de la lista.

46. El sistema definido en la reivindicación 27 en donde la información de realimentación indica una velocidad de codificación y modulación.

47. El sistema definido en la reivindicación 27 en donde ese usuario por lo menos que proporciona información de realimentación consiste en ordenar secuencialmente el grupo de posibles clústeres.

48. El método definido en la reivindicación 27 en donde ese usuario por lo menos está adaptador para enviar una indicación de las velocidades de codificación y modulación que ese usuario por lo menos desea emplear para cada clúster del grupo de posibles clústeres.

49. El sistema definido en la reivindicación 48 en donde la indicación de las velocidades de codificación y modulación comprende un índice del valor de la SINR indicativo de una velocidad de codificación y modulación.

50. El sistema definido en la reivindicación 27 en donde ese usuario por lo menos está adaptado para que se le asigne una primera porción de los clústeres para establecer un enlace de datos entre la primera estación base y ese usuario por lo menos; y, a continuación, se le asigne una segunda porción de los clústeres para aumentar el ancho de banda de las comunicaciones.

51. El sistema definido en la reivindicación 50 en donde la asignación de la segunda porción ocurre después de que se le hayan asignado los clústeres a cada uno de los usuarios para establecer un enlace de datos entre la primera estación base y cada uno de los usuarios antedichos.

52. El sistema definido en la reivindicación 50 en donde la asignación de la segunda porción ocurre antes de que se le hayan asignado los clústeres a cada uno de los usuarios antedichos para establecer el enlace de datos a la primera estación base.

53. El sistema definido en la reivindicación 27, en donde la información de realimentación comprende la relación de señal a interferencia más ruido, SINR, del grupo de posibles clústeres.