Planificación de asignación de recursos de tiempo-frecuencia en sistemas de comunicación OFDMA inalámbricos.

Un método para la planificación de asignación de recursos de tiempo-frecuencia para soportar enlaces de comunicación desde un transmisor común (TX) hasta múltiples receptores (RX1,

..., RXk) en un sistema de comunicación OFDMA inalámbrico, que incluye las etapas de

seleccionar (S1) un conjunto (RBS) de bloques de recursos (RB) de tiempo-frecuencia para la transmisión de un paquete para cada enlace de comunicación;

determinar (S2) una medición (Gk) de la relación de ganancia frente a interferencia más ruido para cada enlace de comunicación;

estimar conjuntamente (S3), dentro del conjunto seleccionado de bloques de recursos de tiempo-frecuencia, la potencia de transmisión (Pk) y la velocidad de transmisión (Rk) de los paquetes como funciones de mediciones de relación de ganancia frente a interferencia más ruido determinadas, para minimizar por lo menos aproximadamente el consumo de energía esperado del transmisor; caracterizado por las etapas de

seleccionar (S6) por lo menos un conjunto adicional (RBS2) de bloques de recursos (RB) de tiempo-frecuencia para los paquetes;

estimar conjuntamente (S7), dentro de cada conjunto (RBS2) seleccionado de bloques de recursos de tiempofrecuencia, la potencia de transmisión y la velocidad de transmisión de los paquetes como funciones de las mediciones de relaciones de ganancia frente a interferencia más ruido determinadas, para minimizar por lo menos aproximadamente el consumo de energía esperado del transmisor;

comparar (S8) los consumos de energía esperados del transmisor para los conjuntos seleccionados (RBS1, RBS2) de bloques de recursos de tiempo-frecuencia y las correspondientes potencias de transmisión y velocidades de transmisión; y

escoger (S9) un conjunto seleccionado de bloques de recursos de tiempo-frecuencia y las correspondientes potencias de transmisión y velocidades de transmisión estimadas conjuntamente que han tenido como resultado un mínimo consumo de energía esperado del transmisor para la asignación de los paquetes, en el que el número de enlaces de comunicación desde el transmisor común (TX) hasta los múltiples receptores (RX1, ..., RXk) es mayor que el número de receptores (RX1, ..., RXk),

y en el que la estimación conjunta (S3) incluye las etapas de

establecer (S4) estimaciones iniciales de la potencia de transmisión, , y estimaciones iniciales de la velocidad de transmisión, de los paquetes a

donde

Gk es la medición de la relación de ganancia frente a interferencia más ruido sobre el enlace de comunicación 35 k,

Gj es la medición de la relación de ganancia frente a interferencia más ruido sobre el enlace de comunicación j,

T es el tiempo total disponible para la asignación de recursos de tiempo-frecuencia,

B es el ancho de banda disponible total,

K es el número total de enlaces de comunicación,

Lj es el número de bits en un paquete en el enlace de comunicación j; y redondear (S5) las estimaciones iniciales y a los valores permisibles más próximos, cuando sea necesario.

Planificación de asignación de recursos de tiempo-frecuencia en sistemas de comunicación OFDMA inalámbricos CAMPO TÉCNICO

La presente invención se refiere en general a sistemas de comunicación OFDMA (Orthogonal Frequency División Múltiple Access, acceso múltiple por división de frecuencias ortogonales) inalámbricos, y especialmente a la planificación de asignación de recursos de tiempo-frecuencia en dichos sistemas.

ANTECEDENTES

El consumo de energía en los sistemas celulares inalámbricos se puede gestionar de varias maneras:

Mediante planificación de las celdas, despliegue, altura de los mástiles de antena, un gran número de celdas (y transmisores de baja potencia)

Mediante antenas direccionales y sistemas de antenas

Mediante un diseño de hardware eficiente energéticamente, por ejemplo para el amplificador o los amplificadores de potencia

Mediante modulación basada en una relación cresta-promedio baja, codificación eficiente de corrección de errores, sobrecarga reducida

Mediante gestión de recursos de radio (RRM, radio resource management) tal como control de la potencia, control de la velocidad, planificación, etc. Sin embargo, tradicionalmente la RRM se ha centrado en un rendimiento relacionado con el caudal más que en cuestiones de consumo energético eficiente. Ejemplos habituales son la mejora del caudal del sistema y/o de usuarios individuales, y la satisfacción de ciertos requisitos de calidad de servicio, tal como minimizar el retardo.

La referencia [1] considera el consumo de energía para un paquete sobre un único enlace de comunicación, donde el consumo de energía se minimiza ajustando la potencia de transmisión y la velocidad de transmisión.

Aunque se han realizado muchos avances sobre cuestiones de consumo de energía en los sistemas de comunicación, sigue existiendo una necesidad general de soluciones Incluso más eficientes energéticamente para el problema de la gestión de los recursos.

Jae Soong Lee, et al, en el documento "Resource Allocatlon for Multiclass Services in Multiuser OFDM Systems", dan a conocer que, aunque cada servicio de aplicación tiene sus propios requisitos de calidad de servicio (QoS, quality of Service), la asignación de recursos para servicios multiclase no se ha estudiado principalmente en sistemas de multiplexaclón por división de frecuencias ortogonales (OFDM, orthogonal frequency división multiplexing) multiusuario. Investigan la asignación de recursos en un esfuerzo para satisfacer la QoS de servicios multiclase. Se examina un problema de mlnlmlzaclón de potencia para las diversas velocidades de datos y tráfico de tasas de errores de bit (BER, bit-error rate). Se utiliza relajación lagranglana y un factor de compartición de tiempo por subportadoras para encontrar una solución óptima. Proponen un algoritmo iterativo para encontrar un consumo de potencia óptimo y un algoritmo subóptimo de complejidad reducida para su implementación práctica. Aplican la solución óptima obtenida a partir del problema de mlnlmlzaclón de la potencia a los algoritmos propuestos. Ejecutan simulaciones extensas bajo diversos escenarios de servicios multiclase. Estos escenarios proporcionan una valoración más completa de los algoritmos propuestos. Los resultados de las simulaciones muestran que los algoritmos propuestos mejoran significativamente los algoritmos existentes de asignación de recursos en consumo de potencia de transmisión total.

Feng-Seng Chu et al, en el documento "Iteratlve Tracklng the Mínimum of Overall Energy Consumption ¡n OFDMA Systems", dan a conocer que aunque la eficiencia energética de los sistemas de comunicación ha sido estudiada durante años, la mlnlmlzaclón del consumo de energía global del sistema de enlace descendente OFDMA sigue siendo un reto. En vista de las ¡mplementaclones habituales, el consumo de energía del procesador de control, del circuito especifico y del frontal analógico se minimizan conjuntamente, teniendo la complejidad del algoritmo, la planificación de recursos, la velocidad de codificación y el orden de modulación como variables de optimización. Debido a que el algoritmo de optimización ejecutado en el procesador de control determina el consumo de energía en otros componentes, se propone un modo basado en algoritmos Iterativos para perseguir el mínimo del consumo energético de todo el sistema. Diseñan un algoritmo genético y demuestran el seguimiento efectivo en base a parámetros prácticos, lo que Implica que el seguimiento Iterativo propuesto es aplicable a sistemas celulares avanzados tales como 3GPP LTE, y está listo para los mismos.

Ying Jun Zhang, en el documento "Energy-Efflclent MAC-PHY Resource Management with Guaranteed QoS ¡n Wireless OFDM Networks", dan a conocer que la mayoría de los actuales algoritmos de gestión de recursos están limitados a una sola capa de la pila de protocolos de la red, lo que conduce a un rendimiento inferior del sistema. Proponen un algoritmo conjunto de asignación de recursos de las capas MAC-PHY. El algoritmo propuesto optimiza conjuntamente el ancho de banda y la asignación de potencia mediante un diseño Integrado de planificación de paquetes, asignación de subportadoras y control de la potencia. Los resultados analíticos y numéricos mostrarán

que el algoritmo propuesto puede proporcionar la misma QoS y garantía de equidad que los sistemas equitativos de disposición en colas en un canal cableado. Al mismo tiempo, la eficiencia de la potencia y el rendimiento del sistema se mejoran significativamente en comparación con los sistemas tradicionales en los que los recursos se asignan en base a una estricta arquitectura en capas.

COMPENDIO

Un objetivo de la presente invención es la planificación de la asignación de recursos de tiempo-frecuencia en un sistema de comunicación OFDMA inalámbrico para minimizar, por lo menos aproximadamente, el consumo de energía del transmisor.

La presente invención da conocer un método para planificar la asignación de recursos de tiempo-frecuencia para soportar enlaces de comunicación, según la reivindicación 1.

La presente invención da conocer asimismo un planificador de asignación de recursos de tiempo-frecuencia, según la reivindicación 4.

La presente invención da a conocer asimismo un nodo de red, según la reivindicación 5.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

La invención, junto con objetivos y ventajas adicionales de la misma, se puede comprender mejor haciendo referencia a la siguiente descripción, tomada junto con los dibujos adjuntos, en los cuales:

la figura 1 es un diagrama de bloques que muestra un transmisor que comunica con varios receptores; la figura 2 es un diagrama que muestra un conjunto de bloques de recursos de tiempo-frecuencia; la figura 3 es un diagrama que muestra un ejemplo de asignación de recursos de tiempo-frecuencia para varios enlaces de comunicación de radio;

las figuras 4A-D son diagramas que muestran varios ejemplos de modelos de la cantidad de potencia de

transmisión Psai¡da en función de la potencia Pentrada consumida por el transmisor;

la figura 5 es un diagrama de flujo que muestra el método de acuerdo con la presente invención;

la figura 6 es un diagrama de flujo que muestra una realización del método de acuerdo con la presente

invención;

las figuras 7A-B son diagramas que muestran dos conjuntos de bloques de recursos de tiempo-frecuencia; la figura 8 es un diagrama de flujo que muestra otra realización del método de acuerdo con la presente invención;

la figura 9 es un diagrama de bloques que muestra un ejemplo de un nodo de red que incluye un planificador de asignación de recursos de tiempo-frecuencia de acuerdo con la presente invención; la figura 10 es un diagrama de bloques que muestra una realización de un planificador de asignación de recursos de tiempo-frecuencia de acuerdo con la presente invención; y

la figura 11 es un diagrama de bloques que muestra otra realización de un planificador de asignación de recursos de tiempo-frecuencia de acuerdo con la presente invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA

Mediante las realizaciones de la presente invención se obtienen varias ventajas:

Permite minimizar por lo menos aproximadamente el consumo de energía del transmisor en un sistema de comunicación OFDMA inalámbrico cuando se asigna un conjunto limitado de recursos de comunicación para transmisión.

Presenta una solución heurística y simple que proporciona una manera sencilla de calcular las asignaciones de potencia de transmisión y de velocidad de transmisión (una velocidad de transmisión corresponde a un esquema de modulación y codificación).

1. Un método para la planificación de asignación de recursos de tiempo-frecuencia para soportar enlaces de comunicación desde un transmisor común (TX) hasta múltiples receptores (RXi,.... RXk) en un sistema de comunicación OFDMA inalámbrico, que incluye las etapas de

seleccionar (S1) un conjunto (RBS) de bloques de recursos (RB) de tiempo-frecuencia para la transmisión de un paquete para cada enlace de comunicación;

determinar (S2) una medición (Gk) de la relación de ganancia frente a interferencia más ruido para cada enlace de comunicación;

estimar conjuntamente (S3), dentro del conjunto seleccionado de bloques de recursos de tiempo-frecuencia, la potencia de transmisión (Pk) y la velocidad de transmisión (Rk) de los paquetes como funciones de mediciones de relación de ganancia frente a interferencia más ruido determinadas, para minimizar por lo menos aproximadamente el consumo de energía esperado del transmisor; caracterizado por las etapas de

seleccionar (S6) por lo menos un conjunto adicional (RBS2) de bloques de recursos (RB) de tiempo-frecuencia para los paquetes;

estimar conjuntamente (S7), dentro de cada conjunto (RBS2) seleccionado de bloques de recursos de tiempo- frecuencia, la potencia de transmisión y la velocidad de transmisión de los paquetes como funciones de las mediciones de relaciones de ganancia frente a interferencia más ruido determinadas, para minimizar por lo menos aproximadamente el consumo de energía esperado del transmisor;

comparar (S8) los consumos de energía esperados del transmisor para los conjuntos seleccionados (RBS1, RBS2) de bloques de recursos de tiempo-frecuencia y las correspondientes potencias de transmisión y velocidades de transmisión; y

escoger (S9) un conjunto seleccionado de bloques de recursos de tiempo-frecuencia y las correspondientes potencias de transmisión y velocidades de transmisión estimadas conjuntamente que han tenido como resultado un mínimo consumo de energía esperado del transmisor para la asignación de los paquetes,

en el que el número de enlaces de comunicación desde el transmisor común (TX) hasta los múltiples receptores (RX-i,..., RXk) es mayor que el número de receptores (RXi,..., RXk), y en el que la estimación conjunta (S3) incluye las etapas de

p'

establecer (S4) estimaciones iniciales de la potencia de transmisión, , y estimaciones iniciales de la velocidad de

D*

transmisión, *, de los paquetes a

donde

Gk es la medición de la relación de ganancia frente a interferencia más ruido sobre el enlace de comunicación k,

Gj es la medición de la relación de ganancia frente a interferencia más ruido sobre el enlace de comunicación

j.

T es el tiempo total disponible para la asignación de recursos de tiempo-frecuencia,

B es el ancho de banda disponible total,

K es el número total de enlaces de comunicación,

Lj es el número de bits en un paquete en el enlace de comunicación j; y redondear (S5) las estimaciones p* R*

iniciales rK y k a los valores permisibles mas próximos, cuando sea necesario.

2. El método según la reivindicación 1, en el que la estimación conjunta de la potencia de transmisión (Pk) y de la velocidad de transmisión (Rk) de los paquetes está basada en un modelo de la dependencia de la potencia de transmisión (Psaiida) con la potencia (Pentrada) consumida por el transmisor.

3. El método según la reivindicación 1 ó 2, que incluye las etapas de utilizar el conjunto seleccionado de bloques de recursos de tiempo-frecuencia y las potencias de transmisión y las velocidades de transmisión estimadas conjuntamente para la asignación de los paquetes.

4. Un planificador (18) de asignación de recursos de tiempo-frecuencia para planificar la asignación de recursos de tiempo-frecuencia para soportar enlaces de comunicación desde un transmisor común (TX) hasta múltiples receptores (RXi,.... RXk) en un sistema de comunicación OFDMA inalámbrico, que incluye

un selector (30) de bloques de recursos configurado para seleccionar un conjunto (RBS) de bloques de recursos (RB) de tiempo-frecuencia para la transmisión de un paquete para cada enlace de comunicación y para seleccionar por lo menos otro conjunto (RBS2, T2) de bloques de recursos (RB) de tiempo-frecuencia para los paquetes; un proveedor (34) de mediciones de calidad de los enlaces de comunicación configurado para determinar una medición Gk de la relación de ganancia frente a interferencia más ruido para cada enlace de comunicación; un estimador (36) de la potencia de transmisión y de la velocidad de transmisión configurado para estimar conjuntamente, dentro del conjunto seleccionado de bloques de recursos de tiempo-frecuencia, la potencia de transmisión (Pk) y la velocidad de transmisión (Rk) de los paquetes como funciones de mediciones de relación de ganancia frente a interferencia más ruido determinadas, para minimizar por lo menos aproximadamente el consumo de energía esperado del transmisor, y caracterizado por estar configurado para estimar conjuntamente, dentro de cada conjunto adicional seleccionado (RBS2, T2) de bloques de recursos de tiempo-frecuencia, la potencia de transmisión y la velocidad de transmisión de los paquetes como funciones de mediciones determinadas de relación de ganancia frente a interferencia más ruido, para minimizar por lo menos aproximadamente el consumo de energía esperado del transmisor; y

un comparador (36) de energías configurado para comparar consumos de energía esperados del transmisor para los conjuntos seleccionados (RBS1, RBS2, T1, T2) de bloques de recursos de tiempo-frecuencia y las correspondientes potencias de transmisión y velocidades de transmisión, y para elegir un conjunto seleccionado de bloques de recursos de tiempo-frecuencia y las correspondientes potencias de transmisión y velocidades de transmisión estimadas conjuntamente que ha tenido como resultado un mínimo consumo de energía esperado del transmisor para la asignación de los paquetes,

en el que el número de enlaces de comunicación desde el transmisor común (TX) hasta los múltiples receptores (RX1,..., RXk) es mayor que el número de receptores (RX1,..., RXk),

y en el que el estimador (36) de la potencia de transmisión y de la velocidad de transmisión está configurado para

P*

establecer las estimaciones iniciales de la potencia de transmisión, vk, y las estimaciones iniciales de la velocidad de transmisión, de los paquetes, como

Gk es la medición de la relación de ganancia frente a interferencia más ruido sobre el enlace de comunicación k,

Gj es la medición de la relación de ganancia frente a interferencia más ruido sobre el enlace de comunicación

j.

T es el tiempo total disponible para la asignación de recursos de tiempo-frecuencia,

B es el ancho de banda disponible total,

K es el número total de enlaces de comunicación,

Lj es el número de bits en un paquete en el enlace de comunicación j; y configurado para redondear a continuación las estimaciones iniciales y a los valores permisibles más próximos, cuando sea

5. Un nodo de red para un sistema de comunicación OFDMA inalámbrico, incluyendo dicho nodo de red un planificador (18) de asignación de recursos de tiempo-frecuencia de acuerdo con la reivindicación 4.

6. El nodo de red según la reivindicación 5, en el que dicho nodo de red es una estación base.

7. El nodo de red según la reivindicación 5, en el que dicho nodo de red es una estación de radioenlace.

donde

necesario.