Brevet FR2768584A1 — publié le 19990319

Dispositif d'allocation de ressources dans un réseau de radiocommunications La présente invention concerne un dispositif d'allocation de ressources dans un réseau cellulaire de radiocommunications. I1 s'agit donc de sélectionner un canal radio pour véhiculer une communication entre un terminal et une station de base du réseau, étant entendu que chaque cellule dispose d'une station de base. Par abus de langage, on pourra donc assimiler ces deux dernier éléments. Un exemple type de réseau cellulaire est le système GSM maintenant largement répandu. Les références concrètes destinées à faciliter la compréhension de l'exposé qui suit seront donc liées à ce système sans qu'il faille voir là une limitation du domaine d'application de l'invention. Le domaine concerné est donc celui des réseaux cellulaires. Ainsi, une cellule utilise des fréquences de transmission qui ne sont utilisées dans aucune des cellules qui sont ses plus proches voisines. En adoptant la représentation classique de cellules hexagonales, une cellule quelconque possède six plus proches voisines. Dans les réseaux du type GSM, il est prévu une fréquence balise nommée BCCH par cellule. Cette fréquence balise est notamment utilisée pour établir la connexion initiale d'un terminal au réseau, c' est-à-dire pour acheminer les informations de signalisation nécessaires au fonctionnement de ce terminal dès que celui-ci est mis en service. I1 est ainsi courant que l'on utilise pour ces fréquences balises un motif de réutilisation à douze cellules ou même plus. Pour simplifier la présentation de l'invention on adopte ici un motif à sept cellules : une fréquence balise distincte est attribuée à chacune des cellules formant un motif composé d'une cellule centrale et de ses six plus proches voisines. La solution la plus sûre, quant à l'exploitation d'un réseau, consiste naturellement à utiliser le même motif à sept cellules pour toutes les fréquences disponibles, en particulier pour les fréquences de trafic prévues pour les communications proprement dites. I1 arrive cependant que le motif à sept cellules, s'il est appliqué pour l'ensemble des fréquences du réseau, ne permette pas d'assurer le nombre requis de communications dans une cellule. En effet, le nombre de communications par fréquence est une constante du réseau (une pour les systèmes AMRF, huit pour le GSM). D'autre part, le nombre des fréquences disponibles dans une cellule est d'autant plus faible que le taux de réutilisation est faible, ce taux étant défini comme l'inverse du nombre de cellules du motif de réutilisation. Le besoin est donc apparu d'employer un motif à plus fort taux de réutilisation pour certaines au moins des fréquences de trafic. On connaît le motif à quatre cellules. On connaît également le motif à trois cellules qui est celui présentant le plus fort taux de réutilisation dans une architecture cellulaire où on s interdit d'utiliser une même fréquence dans deux cellules adjacentes. Pour mémoire, le motif à trois cellules est formé de trois hexagones adjacents possédant un sommet commun. Il résulte des considérations précédentes que les fréquences du réseau peuvent être réparties en fréquences primaires et en frequences secondaires. Les fréquences primaires qui suivent le motif de réutilisation à sept cellules assurent la qualité du service tandis que les fréquences secondaires qui suivent un motif à plus fort taux de réutilisation, 1/3 par exemple, permettent d'augmenter le volume des communications. Toute cellule dispose donc d'un jeu de fréquences primaires et d'un jeu de fréquences secondaires, chaque jeu comprenant au moins une fréquence. Naturellement, la fréquence balise d'une cellule appartient à son jeu de fréquences primaires. Pour des raisons de commodité, on identifie une cellule par une couleur primaire et une couleur secondaire qui correspondent respectivement au jeu de fréquences primaires et au jeu de fréquences secondaires qui lui sont attribuées. Lorsque le terminal est en mode veille, c'est à dire lorsqu'il est présent dans le réseau en attente d'une communication éventuelle, il est connecté à une cellule de rattachement par un canal de veille nommé SDCCH. En cas d'établissement d'une communication avec ce terminal, le réseau doit sélectionner une ressource disponible dans la cellule de rattachement. Si cette ressource est sélectionnée de manière aléatoire ou bien selon des critères mal appropriés, il peut advenir, notamment en cas de forte charge du réseau, qu'elle ne permette pas d'assurer une communication de qualité satisfaisante, en particulier vu du terminal. Une telle situation va déclencher un changement de ressource pour rechercher un nouveau canal qui convienne mieux à ce terminal. Il est naturellement préférable d'éviter cette procédure connue sous le nom de handover car elle apporte un surcroît de signalisation au niveau du réseau, ce qui est d'autant moins souhaitable que ce réseau est chargé. De plus, si la ressource initialement sélectionnée s'avère de qualité médiocre, c'est très probablement qu'elle est utilisée pour d'autres communications qui viennent interférer avec celle du terminal en cause. Naturellement, ce terminal va lui aussi provoquer des interférences sur ces communications déjà établies qui, pour la même raison, risquent à leur tour de déclencher de nouveaux handovers. le problème du choix d'une ressource se pose donc lors de l'allocation initiale, c'est à dire à l'établissement d'une communication, mais il se pose aussi lors d'un handover. Il s'agit dans ce dernier cas de trouver une nouvelle ressource. La présente invention à ainsi pour objet un dispositif pour allouer à un terminal une ressource présentant une bonne qualité potentielle. Selon l'invention, le dispositif s'applique dans un réseau cellulaire de radiocommunications, chaque cellule de ce réseau étant identifiée par une couleur primaire et une couleur secondaire qui correspondent aux fréquences d'émission qui lui sont attribuées, à savoir respectivement un jeu de fréquences primaires et un jeu de fréquences secondaires dont le taux de réutilisation est plus élevé que celui des fréquences primaires, le terminal étant connecté à une cellule de rattachement. Le dispositif ayant accès à un niveau d'interférences potentiel affectant ce terminal à la réception, il alloue cette ressource au terminal sur une fréquence primaire respectivement sur une fréquence secondaire selon que ce niveau d'interférences potentiel est supérieur respectivement inférieur à un premier seuil de répartition. Ainsi, on prend en compte l'environnement du terminal pour sélectionner cette ressource. On évite de choisir une fréquence que ce terminal reçoit avec un niveau relativement important. Avantageusement, le dispositif ayant accès à une probabilité cumulée de ce niveau d'interférences potentiel, le premier seuil de répartition est fixé par comparaison entre, d'une part, le rapport du nombre de ressources du jeu de fréquences primaires au nombre total de ressources et, d'autre part, cette probabilité cumulée. De la sorte, on optimise le premier seuil de répartition compte tenu des fréquences disponibles dans la cellule. Par ailleurs, le jeu de fréquences primaires de la cellule de rattachement comprenant une fréquence balise et au moins une fréquence de trafic, le dispositif alloue cette ressource au terminal sur cette fréquence de trafic respectivement sur la fréquence balise selon que le niveau d'interférences potentiel est supérieur respectivement inférieur à un deuxième seuil de répartition. Il s'agit là d'un perfectionnement du principe de base de l'invention. De préférence, le dispositif ayant donc accès à une probabilité cumulée de ce niveau d'interférences potentiel, le deuxième seuil de répartition est fixé par comparaison entre, d'une part, le rapport du nombre de ressources des fréquences de trafic du jeu de fréquences primaires de la cellule de rattachement au nombre total de ressources et, d'autre part, cette probabilité cumulée. Selon un premier mode de réalisation du dispositif, le terminal mesurant les niveaux reçus d'une quantité déterminée de cellules voisines qui ont une couleur primaire différente de celle de la cellule de rattachement, il dispose du nombre de ces cellules voisines identifiées comme ayant la même couleur secondaire que la cellule de rattachement et il établit le niveau d'interférences potentiel au moyen d'une fonction croissante de ce nombre. Selon un deuxième mode de réalisation du dispositif, le terminal mesurant les niveaux reçus d'une quantité déterminée de cellules voisines qui ont une couleur primaire différente de celle de la cellule de rattachement, il produit le niveau d'interférences potentiel en faisant la somme des niveaux reçus des cellules voisines de même couleur secondaire que celle de la cellule de rattachement. Dans ce cas, si le dispositif a également accès aux niveaux reçus par le terminal de cellules environnantes identifiées comme utilisant des fréquences secondaires adjacentes à celles de la cellule de rattachement, le réseau étant ainsi conçu qu'une fréquence adjacente est affectée d'un coefficient d'atténuation prédéterminée à la réception, le niveau d'interférences potentiel est augmenté du produit de ce coefficient d'atténuation et de la somme des niveaux reçus de ces cellules environnantes. On affine ainsi l'estimation du niveau d'interférences. D'autre part, il est avantageux de pondérer le niveau d'interférences potentiel par le niveau reçu par le terminal de la cellule de rattachement. De plus, il est souhaitable, lorsque le réseau prévoit une fréquence balise distincte dans chaque jeu de fréquences primaires, que le niveau reçu dune des cellules voisines soit mesuré sur la fréquence balise qui lui est attribuée. L'invention présente un grand intérêt pour l'allocation initiale de la ressource à l'établissement d'une communication avec ce terminal. La présente invention apparaîtra maintenant de manière plus claire dans le cadre de la description qui suit d'exemples de réalisation donnés à titre illustratif en référence aux figures annexées qui représentent : - la figure 1, une représentation synoptique d'une partie du réseau, - la figure 2, un schéma du dispositif. L'exemple de réalisation de l'invention décrit ciaprès en référence à la figure 1 adopte la représentation d'un réseau cellulaire à structure hexagonale. Les jeux de fréquences primaires suivent un motif de réutilisation à sept cellules. Chacun de ces jeux est identifié par une lettre de A à G et comprend au moins une fréquence, la fréquence balise BCCH dans le cas du GSM. Les jeux de fréquences secondaires suivent un motif de réutilisation à trois cellules. Chacun de ces jeux est identifié par un chiffre de 1 à 3 et comprend au moins une fréquence, généralement une fréquence de trafic. Chaque cellule peut ainsi être repérée par une couleur primaire (une lettre) et une couleur secondaire (un chiffre) qui représentent respectivement le jeu de fréquences primaires et le jeu de fréquences secondaires qui lui sont attribués. La combinaison des deux motifs de réutilisation définit un nouveau motif à vingt et une cellules délimité en gras sur la figure. La couverture souhaitée du réseau est obtenue en dupliquant ce nouveau motif par translation. Un terminal est maintenant supposé répertorié dans la cellule Al qui figure dans le motif à vingt et une cellules délimité en gras. Cette cellule Al est donc la cellule de rattachement du terminal qui est, soit en mode communication, soit en mode veille. A la demande du réseau, notamment pour préparer un handover éventuel en cas de défaillance de la liaison avec la cellule de rattachement, le terminal mesure le niveau reçu de certaines cellules voisines identifiées sur l'une des fréquences des jeux de fréquences primaires B, C, D, E, F, G qui leur sont attribuées. Dans le cas du GSM, cette fréquence est préférentiellement la fréquence BCCH. La notion de cellules voisines doit s'entendre dans un sens très large en se référant aux conditions de propagation radio. Il s'agit en fait des cellules les mieux reçues. Il apparaît de plus que le terminal pourrait de lui-même procéder à l'analyse des cellules voisines sans que le réseau ne lui en donne l'instruction. On remarque que les cellules de premier rang qui sont géographiquement les plus proches de la cellule de rattachement sont identifiées B2, C3, D2, E3, F2 et G3. On remarque également que, du fait de la structure du réseau, les cellules de second rang qui sont adjacentes aux cellules de premier rang, sont au nombre de douze et sont identifiées B1, D3, C1, E2, D1, F3, El, G2, F1, B3, G1 et C2. Ainsi, parmi les dix-huit cellules qui sont, soit de premier rang, soit de second rang, aucune cellule n'a la même couleur primaire et la même couleur secondaire que l'une quelconque des autres cellules. Par contre, parmi ces dixhuit cellules, six triplets ont la même couleur primaire. Le problème se pose donc de savoir si le signal reçu sur une fréquence primaire, celle du jeu F par exemple, provient de la cellule qui est la plus proche F2 ou bien s'il provient de l'une des deux cellules de second rang F1, F3. En effet, un écran de propagation peut être interposé entre le terminal et l'une quelconque de ces trois cellules F1, F2, F3. Une solution simple pour résoudre le problème consiste à prévoir que les cellules diffusent leur couleur secondaire sur la fréquence primaire destinée à être évaluée par le terminal, de sorte que celui-ci puisse identifier la provenance de cette fréquence primaire. Le terminal dispose donc de la couleur primaire et de la couleur secondaire de la cellule qui a émis le signal sur lequel il a fait une mesure de niveau. On suppose que les six mesures de niveau notées LB2, LC3, LD2, LEl, LG2, LFl proviennent des cellules respectives B2, C3, D2, El, G2, F1. Selon un premier mode de réalisation, on admet que le niveau d'interférences potentiel N vu du terminal est d'autant plus important que les cellules voisines El, F1 ayant la couleur secondaire de la cellule de rattachement A1 sont nombreuses. Une solution qui présente le mérite d'être d'une grande simplicité consiste à choisir pour ce niveau d'interférences N le nombre de ces cellules voisines de même couleur secondaire, soit 2 dans le cas présent. De manière plus générale il convient d'adopter pour le niveau d'interférences N une fonction monotone croissante du nombre de cellules voisines ayant la même couleur secondaire que la cellule de rattachement Al. Selon un second mode de réalisation, le niveau d'interférences potentiel est égal à la somme N1 des niveaux reçus (LE1 + LF1) des cellules voisines qui ont la couleur secondaire de la cellule de rattachement Al. Par ailleurs, du fait de l'emploi d'un motif de réutilisation à trois cellules pour les jeux de fréquences secondaires, on se place dans le cas courant où l'une au moins des fréquences d d'un jeu quelconque est adjacente à l'une au moins des fréquences de chacun des deux autres jeux de fréquences secondaires. I1 est souhaitable d'ajouter au niveau d'interférences potentiel les interférences N2 provoqués par ces liaisons qui utilisent des fréquences adjacentes. En effet, le filtre de canal n'étant pas parfait, lorsque le terminal est accordé sur une fréquence sélectionnée, il reçoit également, pour partie, des fréquences adjacentes, celles-ci étant d'affectées d'un coefficient d'atténuation a. Soit en notant N le niveau d'interférences potentiel N1 = LE1 + LF1 N2 = a ( LB2 + LC3 + LD2 + LG2 N = N1 + N2 D'autre part, le terminal mesure généralement le niveau LA1 du signal reçu de la cellule de rattachement Al. En mode veille, ce signal est généralement celui qui est utilisé pour maintenir la relation entre le terminal et le réseau, notamment au cas où surviendrait une demande de communication ; dans le cas du GSM, il s'agirait d'un canal de signalisation nommé SDCCH. En ce cas il est avantageux de pondérer, c'est à dire de diviser, le niveau d'interférences potentiel N par le niveau reçu LA1 de la cellule de rattachement Al. En effet, les interférences sont d'autant moins gênantes que le niveau du signal reçu est important. En notant M ce niveau pondéré M = N / LA1 On remarque que le niveau pondéré P est homogène à l'inverse d'un rapport signal à interférences. En référence à la figure 2, le dispositif de l'invention compare le niveau, selon le cas le niveau d'interférences potentiel N ou le niveau pondéré M, à un premier seuil de répartition S1 dont la nature sera explicitée plus loin. Lorsque ce niveau est inférieur au seuil S1, le dispositif alloue une ressource au terminal sur une fréquence primaire FP, tandis que dans le cas contraire, il alloue une ressource sur une fréquence secondaire FS. En effet, du fait d'un taux de réutilisation plus faible, les fréquences primaires FP offrent une qualité de service généralement supérieure à celle des fréquences secondaires FS. Lorsqu'il est prévu une seule fréquence primaire, il s'agit normalement de la fréquence balise BCCH de la cellule de rattachement. Par contre, certaines cellules sont pourvues de plusieurs fréquences primaires et il est alors judicieux de prévoir un deuxième seuil de répartition S2. Le dispositif compare alors le niveau d'interférences potentiel N ou le niveau pondéré M à ce deuxième seuil s2. Lorsque ce niveau est inférieur au seuil S2, il alloue une ressource au terminal sur la fréquence balise BCCH. Dans le cas contraire, il alloue une ressource sur une autre fréquence primaire FT. En effet, la fréquence balise est couramment émise en permanence à pleine puissance alors que les fréquences de trafic ne sont pas soumises à ces contraintes et peuvent supporter la régulation de puissance et la transmission discontinue de la parole. Il s'ensuit que, à priori, dans le jeu de fréquences primaires, les fréquences de trafic doivent assurer un meilleur service que la fréquence balise BCCH. Le premier seuil de répartition Si peut être fixé, comme la plupart des seuils utilisés dans un réseau, en fonction des caractéristiques de ce réseau. Si l'on adopte le premier mode de réalisation de l'invention, le niveau d'interférence potentiel N est égal au nombre de cellules voisines qui ont la couleur secondaire de la cellule de rattachement Al. A titre d'exemple, s'il y a une fréquence primaire et trois fréquences secondaires, le premier seuil de répartition S1 peut être fixé à 1. Autrement dit, un terminal qui reçoit au moins deux cellules voisines de même couleur secondaire que celle de la cellule de rattachement, se verra allouer une ressource sur la fréquence primaire. si l'on prévoit deux fréquences primaires FP et quatre fréquences secondaires FS, le premier seuil de répartition S1 peut être fixé à 1 et le deuxième seuil de répartition S2 aurait pour valeur 2. De même, selon le deuxième mode de réalisation, c'est le niveau pondéré M qui est retenu comme critère de sélection. On peut dans ce cas fixer les premier S1 et deuxième S2 seuils de répartition respectivement à -2dB et +2dB. I1 est cependant préférable de déterminer le ou les seuils de répartition en fonction du comportement réel du réseau. A cet effet, le dispositif de l'invention mémorise, au fur et à mesure que des terminaux se connectent à la cellule de rattachement, le niveau d'interférences potentiel N ou bien le niveau pondéré M pour chacun d'entre eux. Suite à cela, il établit une statistique sous la forme d'une densité de probabilité représentant la distribution ou fréquence d'apparition de ce niveau. Naturellement, cette statistique est d'autant plus fiable que le nombre d'observations est grand. Il est donc prudent, lors de la mise en service du dispositif, d'initialiser cette statistique par une fonction représentant approximativement le comportement moyen du réseau. Cette densité de probabilité permet d'obtenir la probabilité cumulée du niveau N, M en fonction d'une variable S, probabilité que ce niveau soit supérieur à S P(N > S) ou P(M > S). S est déterminé en fonction des ressources de la cellule. En notant r1l, r12 r2 le nombre de ressources respectives de la fréquence balise BCCH, des fréquences primaires utilisées comme fréquences de trafic FT et des fréquences secondaires FS, on peut établir les seuils de répartitions S1, S2, comme suit - Premier seuil de répartition sol : Calcul du rapport R1 = 1 - r 11+ r12 r 11+ r 12+ r2 r Calcul de S1 à partir de la probabilité cumulée de sorte que P(N > S1) ou P(M > Sl) soit égal à R1. - Deuxième seuil de répartition S2 Calcul du rapport R2 = 1 - ~~~~~~~~~~~ r 11+ r 12+ r2 Calcul de S2 à partir de la probabilité cumulée de sorte que P(N > S2) ou P(M > S2) soit égal à R2. Naturellement il n'est pas indispensable d'utiliser le deuxième seuil de répartition S2. C'est le cas notamment lorsque la fréquence balise BCCH est la seule fréquence primaire et, par conséquent, r12 vaut zéro. La description ci-dessus présente une mise en oeuvre de l'invention privilégiée. Cependant, l'homme du métier comprend bien que d'autres solutions sont disponibles tout en restant dans le cadre de la présente invention, notamment en utilisant des moyens équivalents. REVENDICATIONS 1) Dispositif pour allouer une ressource à un terminal dans un réseau cellulaire de radiocommunications, chaque cellule de ce réseau étant identifiée par une couleur primaire et une couleur secondaire qui correspondent aux fréquences d'émission qui lui sont attribuées, à savoir respectivement un jeu de fréquences primaires (FP) et un jeu de fréquences secondaires (FS) dont le taux de réutilisation est plus élevé que celui desdites fréquences primaires (FP), le terminal étant connecté à une cellule de rattachement (A1), caractérisé en ce que, disposant d'un niveau d'interférences potentiel (N) affectant ce terminal à la réception, il alloue cette ressource audit terminal sur une fréquence primaire (FP) respectivement sur une fréquence secondaire (FS) selon que ledit niveau d'interférences potentiel (N) est supérieur respectivement inférieur à un premier seuil de répartition (S1). 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que, disposant d'une probabilité cumulée (P(N > S)) dudit niveau d'interférences potentiel (N), ledit premier seuil de répartition (S1) est fixé par comparaison entre, d'une part, le rapport du nombre de ressources dudit jeu de fréquences primaires au nombre total de ressources et, d'autre part, ladite probabilité cumulée. 3) Dispositif selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que, le jeu de fréquences primaires de ladite cellule de rattachement comprenant une fréquence balise (BCCH) et au moins une fréquence de trafic (FT), il alloue ladite ressource audit terminal sur ladite fréquence de trafic (FT) respectivement sur ladite fréquence balise (BCCH) selon que ledit niveau d'interférences potentiel (N) est supérieur respectivement inférieur à un deuxième seuil de répartition (si). 4) Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que, disposant d'une probabilité cumulée (P(N > S)) dudit niveau d'interférences potentiel (N), ledit deuxième seuil de répartition (S2) est fixé par comparaison entre, d'une part, le rapport du nombre de ressources des fréquences de trafic du jeu de fréquences primaires de ladite cellule de rattachement au nombre total de ressources et, d'autre part, ladite probabilité cumulée. 5) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que, ledit terminal mesurant les niveaux reçus d'une quantité déterminée de cellules voisines (B2, C3, D2, El, G2, F1) qui ont une couleur primaire différente de celle de ladite cellule de rattachement (Al), il dispose du nombre de ces cellules voisines (El, Fl) identifiées comme ayant la même couleur secondaire que la cellule de rattachement (A1) et il établit ledit niveau d'interférences potentiel (N) au moyen d'une fonction croissante de ce nombre. 6) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que, ledit terminal mesurant les niveaux reçus d'une quantité déterminée de cellules voisines (B2, C3, D2, El, G2, F1) qui ont une couleur primaire différente de celle de ladite cellule de rattachement (Al), il produit ledit niveau d'interférences potentiel (N) en faisant la somme des niveaux reçus des cellules voisines (El, F1) de même couleur secondaire que celle de ladite cellule de rattachement. 7) Dispositif selon la revendication 6 caractérisé en ce que, disposant également des niveaux reçus par le terminal de cellules environnantes (B2, C3, D2, G2) identifiées comme utilisant des fréquences secondaires adjacentes à celles de ladite cellule de rattachement (Al), le réseau étant ainsi conçu qu'une fréquence adjacente est affectée d'un coefficient d'atténuation prédéterminée à la réception, ledit niveau d'interférences potentiel (N) est augmenté du produit de ce coefficient d'atténuation et de la somme des niveaux reçus desdites cellules environnantes. 8) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit niveau d'interférences potentiel (N) est pondéré par le niveau reçu par le terminal de ladite cellule de rattachement (Al). 9) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que, le réseau prévoyant une fréquence balise distincte dans chaque jeu de fréquences primaires, le niveau reçu d'une desdites cellules voisines est mesuré sur la fréquence balise qui lui est attribuée. 10) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il alloue la dite ressource à l'établissement d'une communication avec ce terminal.