Procedimiento y dispositivo de control de potencia por lazo externo para sistemas de comunicación inalámbrica.

Método y aparato de control de potencia por lazo externo (OLPC) para sistemas de comunicación móviles que permiten ajustar rápidamente la relación señal deseada-interferencia objetivo (SIRtarget)satisfaciendo una tasa de error de bloque objetivo (BLERtarget).

Concretamente, el método de control de potencia por lazo externopropuesto aquí es llamado "Outage-Based OLPC" y establece que larelación señal deseada-interferencia objetivo (SIRtarget) vienedada como suma de dos componentes: la primera componente (SIRoutage-tgt) es calculada mediante una función de ajuste dinámico, porejemplo, una red neuronal, que hace corresponder un criterio decalidad basado en probabilidades de corte con uno basado en la tasa de error de bloque objetivo (BLERtarget), tomando como entradalos márgenes de desvanecimiento asociados a las diferentes probabilidades de corte consideradas; la otra componente (SIRBLER-tgt)es la encargada de corregir las posibles desviaciones de la tasade error de bloque objetivo (BLERtarget) debidas al comportamiento no ideal de la anterior componente (SIRoutage-tgt).

Procedimiento y dispositivo de control de potencia por lazo externo para sistemas de comunicación inalámbrica Objeto de la invención La presente invención tiene su aplicación dentro del sector de las telecomunicaciones y, en especial, en la industria dedicada a la fabricación tanto de estaciones base como de móviles en infraestructuras celulares para sistemas de 5 comunicación inalámbrica.

Más particularmente, la invención que aquí se describe, dentro del campo de las comunicaciones, se refiere a un procedimiento y dispositivo para el sistema de control de potencia por lazo externo en una red celular de telefonía móvil.

Un objeto de la invención es permitir un control de potencia mediante el procedimiento de lazo externo que, 10 complementado con el procedimiento de la invención y que aquí se denomina "Outage-Based OLPC" ["OLPC basado en apagones"], se adapta a las condiciones de propagación cambiantes del canal de comunicación.

Es asimismo un objeto de la invención proporcionar un dispositivo adaptado para ser incorporado en el controlador de una estación base o de un móvil, que realiza el ajuste dinámico del nivel de potencia según el objetivo de la relación deseada entre señal e interferencia, establecida por el procedimiento "Outage-Based OLPC" que se 15 propone.

Antecedentes de la invención En Enero de 1998, el Instituto Europeo de Estándares de Telecomunicaciones (ETSI) seleccionó la tecnología básica para el Sistema Universal de Telecomunicaciones Móviles (UMTS) (véase ETSI, "The ETSI UMTS Terrestrial Radio Access (UTRA) ITU-R RTT Candidate Submission" ["La Presentación Candidata RTT ITU-R de Acceso por 20 Radio Terrestre al UMTS (UTRA) del ETSI"], Junio de 1998) . La principal interfaz de radio propuesta fue el protocolo de Acceso Múltiple por División de Código en Banda Ancha (WCDMA, Wideband Code Division Multiple Access) , cuyas características ofrecen la oportunidad de satisfacer completamente los requisitos de la telefonía móvil de tercera generación (3G) . Debido a la alta tasa de transmisión de datos y a los cada vez más exigentes requisitos de calidad de servicio (QoS) en 3G, se impone el desarrollo de nuevas estrategias de planificación. Entre ellas, 25 probablemente la de mayor objeto de estudio es la estrategia del sistema de control de potencia, en particular, la del procedimiento empleado para implementar el lazo externo de dicho sistema.

A continuación, se describe el mencionado sistema de control de potencia de un modo general, pues la funcionalidad del lazo externo, para el que esta invención propone un procedimiento, es consecuencia de otros componentes del sistema. 30

El sistema de control de potencia en redes celulares, basadas en WCDMA, es necesario, dado que se trata de una tecnología limitada por interferencia, debido a que todos los usuarios comparten el mismo espectro de frecuencia y sus códigos no son completamente ortogonales (véase Holma & Toskala: "WCDMA por UMTS, Radio Access for Third Generation Mobile Communications" ["WCDMA para UMTS, Acceso de radio para comunicaciones móviles de la tercera generación"], John Wiley e Hijos.) . 35

El fin último del sistema de control de potencia en WCDMA es alcanzar la calidad de servicio requerida en un enlace particular, descendente desde la estación base al móvil o equipo terminal, o bien, ascendente desde el móvil a la estación base, con un mínimo nivel de potencia transmitida (este aspecto es precisamente en el que se centra la invención) .

Los principales objetivos del sistema de control de potencia en redes WCDMA son: 40

Anulación del efecto cerca - lejos: en el caso de que todas las estaciones móviles transmitieran la misma potencia sin tener en cuenta la distancia o el desvanecimiento hasta la estación base, los móviles más cercanos a la misma supondrían una interferencia significativa para los terminales más lejanos.

Protección contra desvanecimientos profundos.

Minimización de la interferencia en la red con la consecuente mejora en capacidad. 45

Mayor duración de la batería de las estaciones móviles.

Un sistema de control de potencia para WCDMA está implementado en conjunto mediante tres procedimientos diferenciados:

Por lazo abierto: durante el proceso de acceso aleatorio al principio de una conexión, la estación base, o móvil, estima la pérdida de potencia en el enlace ascendente/descendente y en función de ella ajusta su potencia de transmisión.

Por lazo cerrado o interno: también llamado control de potencia rápido (1.500 Hz) que se compone de las siguientes tres etapas: 5

1) El terminal receptor correspondiente (la estación base o la unidad móvil) compara el valor de la relación deseada entre señal e interferencia recibida (SIRrec) con la relación deseada entre señal e interferencia (SIRdeseada) que depende de la calidad de servicio requerida para ese enlace en concreto, y la cual es fijada por el procedimiento de lazo externo que se explica más adelante. El valor de la relación recibida entre señal e interferencia (SIRrec) puede ser estimado mediante una arquitectura de hardware, como la descrita en "Una 10 arquitectura hardware flexible para estimación de relación señal a interferencia en sistemas WCDMA", por Juan Carlos Sáez Ruiz, Departamento de Electrociencia, ASIC Digital, Universidad de Lund.

2) El mismo terminal receptor envía bits de control de potencia indicando que la potencia de transmisión debe ser incrementada (si SIRrec < SIRobjetivo) o disminuida (si SIRrec > SIRobjetivo) en un cierto valor (normalmente 1dB) . 15

3) La unidad transmisora (estación base o móvil) aumenta o bien disminuye su potencia en la cantidad fijada anteriormente.

Por lazo externo (OLPC, Outer Loop Power Control) : es mucho más lento que el lazo cerrado (entre 10 y 100 Hz) y establece la relación deseada entre señal e interferencia objetivo (SIRobjetivo) que hace que se mantenga un objetivo de calidad predeterminado. Un criterio o una medida de la calidad de un enlace es la tasa de 20 errores de trama (FER) o, equivalentemente, la tasa de errores de bloque (BLER) , que es función de la relación deseada entre señal e interferencia (SIRrec) . Puesto que el lazo interno ayuda a mantener la relación deseada entre señal e interferencia recibida (SIRrec) cerca de la relación entre señal e interferencia objetivo (SIRobjetivo) la tasa de errores de bloque (BLER) es, en última instancia, determinada por este valor objetivo. De este modo, para alcanzar una calidad de servicio en un entorno de desvanecimiento determinado, el objetivo (SIRobjetivo) necesita ser ajustado 25 al valor que es apropiado para ese entorno.

Desgraciadamente, no existe un objetivo (SIRobjetivo) que pueda alcanzar la tasa de errores de bloque (BLER) requerida para todos los entornos de desvanecimiento en el canal de comunicación inalámbrica. Por esta razón, el ajuste dinámico de esta relación deseada entre señal e interferencia objetivo (SIRobjetivo) es hoy en día motivo de estudio y se han descrito mecanismos para ajustar dicha relación en forma conveniente. 30

El diseño para el control de potencia por lazo externo (OLPC) comúnmente aceptado es el basado en la tasa de errores de bloque objetivo (BLERobjetivo) , y llamado "BLER-Based OLPC" ["OLPC basado en BLER"], el cual mide ésta métrica y cambia la relación deseada entre señal e interferencia objetivo (SIRobjetivo) en consecuencia, según que la tasa deseada de errores de bloque (BLERobjetivo) esté por encima o por debajo del umbral deseado (véase Sampath A, Kumar P S & Holtzman J M (1997) , "On setting reverse link target SIR in a CDMA system" ["Sobre la 35 determinación de la SIR deseada del enlace inverso en un sistema de CDMA"], Proceedings of the IEEE Vehicular Technology Conference ["Anales de la conferencia de tecnología vehicular del IEEE"], Phoenix, Arizona, págs. 929 a 933) . El inconveniente es que, teniendo en cuenta que la técnica de medición de la tasa de errores de bloque (BLER) es bastante lenta, especialmente para servicios de alta calidad, las prestaciones de estos sistemas quedan muy deterioradas en entornos dinámicos con características de desvanecimiento cambiantes en muy cortos plazos 40 de tiempo (véase Holma H., "WCDMA for UMTS" ["WCDMA para UMTS"], John Wiley e Hijos, LTD, 2002) . La mencionada lentitud para los servicios que requieren una tasa de errores de bloque (BLER) baja (ejemplo: 0, 1%) es debida a que el procedimiento "BLER-based OLPC" se basa en contabilizar los errores mediante el Código de Redundancia Cíclica (CRC) , lo cual implica un número demasiado elevado de bloques de datos para llegar a una estimación precisa de la tasa de errores de bloque (BLER) . 45... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento de control de potencia por lazo externo para sistemas de comunicación inalámbrica que, a partir de una señal de datos (107, 108) recibida, procedente de una estación base (102, 103) o de una estación móvil (104) , comprende las fases siguientes:

establecer una tasa objetivo de errores de bloque (BLERobjetivo) , estimar (701) la relación deseada entre señal e interferencia (SIRrec) y unos parámetros de desvanecimiento 5 en el canal (706) que caracterizan la señal (107, 108) recibida, estimar unos márgenes de desvanecimiento (M1, M2, ..., MN) asociados a unas probabilidades de corte (po1, po2, ..., poN) y a los parámetros de desvanecimiento en el canal (706) , indicar el estado de los bloques de datos (707) a partir de la comprobación de un Código de Redundancia Cíclica (703) , 10

caracterizado porque establece un objetivo relación deseada entre señal e interferencia (SIRobjetivo) para el lazo externo, en base a dicho estado de los bloques de datos (707) , los márgenes de desvanecimiento (M1, M2, ..., MN) y el error de bloque objetivo (BLERobjetivo) del lazo externo, por medio de una función de ajuste dinámico que realiza una correlación entre un primer criterio de calidad basado en las probabilidades de corte (po1, po2, ..., poN) asociado a dichos márgenes de desvanecimiento (M1, M2, ..., MN) y un segundo criterio de calidad basado en la 15 tasa objetivo de errores de bloque (BLERobjetivo) , de modo que se adapte la potencia a las condiciones de propagación de la señal de datos (107, 108) y, para la correlación, la función de ajuste dinámico que genera una primera componente (SIRcorte-objetivo) de la relación deseada entre señal e interferencia objetivo (SIRobjetivo) , adaptada a las condiciones de propagación de la señal de datos (107, 108) , y una segunda componente (SIRBLER-objetivo) , obtenida del estado de los bloques de datos (707) y el error de bloques objetivo (BLERobjetivo) del 20 lazo externo, aplicando el segundo criterio de calidad, basado en la tasa objetivo de errores de bloque (BLERobjetivo) , la función de ajuste dinámico que usa tanto la primera componente (SIRcorte-objetivo) como la segunda componente (SIRBLER-objetivo) para establecer la relación deseada entre señal e interferencia objetivo (SIRobjetivo) para dicho lazo externo, y al ser ajustada de modo que dicha relación entre señal e interferencia objetivo (SIRobjetivo) sea adaptada a las condiciones de propagación por medio de la primera componente 25 (SIRcorte-objetivo) , cumpliendo a la vez el segundo criterio de calidad, basado en la tasa objetivo de errores de bloque (BLERobjetivo) .

2. Un procedimiento de control de potencia por lazo externo para sistemas de comunicación inalámbrica, según la reivindicación 1, caracterizado porque la función de ajuste se realiza mediante una red neuronal (500) que comprende al menos una capa de entrada en la que se introducen los márgenes de desvanecimiento (M1, M2, ..., 30 MN) para generar la primera componente (SIRcorte-objet) y una capa de salida que, habiéndola entrenado previamente para los márgenes de desvanecimiento (M1, M2, ..., MN) de entrada junto con el estado de los bloques de datos (707) y el error de bloque objetivo (BLERobjetivo) del lazo externo, establece la relación deseada entre señal e interferencia objetivo (SIRobjetivo) para dicho lazo externo, combinando la primera componente (SIRcorte-objetivo) con la segunda componente (SIRBLER-objetivo) . 35

3. Un procedimiento de control de potencia por lazo externo para sistemas de comunicación inalámbrica, según la reivindicación 2, caracterizado porque la capa de salida de la red neuronal (500) suma la segunda componente (SIRBLER-objetivo) a la primera componente (SIRcorte-objetivo) .

4. Un procedimiento de control de potencia por lazo externo para sistemas de comunicación inalámbrica, según la reivindicación 3, caracterizado porque la red neuronal (500) se entrena cada vez que existen variaciones en la 40 componente (SIRBLER--objetivo) .

5. Un dispositivo de control de potencia por lazo externo para sistemas de comunicación inalámbrica, caracterizado porque comprende al menos un dispositivo electrónico programable que opera según el procedimiento descrito en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4.

6. Un dispositivo de control de potencia por lazo externo para sistemas de comunicación inalámbrica, según la 45 reivindicación 5, caracterizado porque el dispositivo electrónico programable se selecciona entre un procesador de propósito general, un procesador de señales digitales (DSP) , un circuito integrado específico de la aplicación y una tarjeta programable o cualquier combinación de los anteriores.

7. Un dispositivo de control de potencia por lazo externo para sistemas de comunicación inalámbrica, según las reivindicaciones 5 o 6, caracterizado porque comprende un receptor (203) de radiofrecuencia capacitado para 50

recibir una señal de datos (107, 108) procedente de una estación base (102, 103) o de una estación móvil (104) del sistema de comunicación inalámbrica.

8. Un dispositivo de control de potencia por lazo externo para sistemas de comunicación inalámbrica, según cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7, caracterizado porque comprende un transmisor (202) de radiofrecuencia capacitado para enviar la información del control de potencia a una estación base (102, 103) o a 5 una estación móvil (104) del sistema de comunicación inalámbrica.

9. Un dispositivo de control de potencia por lazo externo en un sistema de comunicación inalámbrica, según cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8, incorporado en un controlador de redes de comunicaciones inalámbricas.

10. Un dispositivo de control de potencia por lazo externo en un sistema de comunicación inalámbrica, según 10 cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8, incorporado en una estación móvil para sistemas de comunicaciones inalámbricas.