Brevet FR2923964A1 — publié le 20090522

La présente invention concerne un procédé dynamique de régulation du niveau de puissance d'émission d'un terminal de communication radio dans un réseau de radiocommunication. Ce procédé se superpose aux mécanismes de contrôle de puissance existants et est applicable quelque soit le mode d'accès, par exemple l'accès multiple par répartition par le temps (TDMA, pour "Time Division Multiple Access", en anglais), par les codes (CDMA, pour "Code Division Multiple Access" en anglais) ou par fréquences orthogonales (OFDM pour "Orthogonal Frequency Division Multiplexing" en anglais). En l'absence du procédé de régulation objet de cette invention, la puissance instantanée d'émission d'un terminal de communication radio varie au cours d'une communication essentiellement en fonction de la distance entre le terminal de communication radio et les stations de base, des conditions de propagation du signal radioélectrique et des brouillages générés par les terminaux de communication radio voisins. Cette puissance doit ainsi être d'autant plus importante pour assurer la qualité d'une communication que les conditions sont défavorables. Afin de garantir une qualité de service cible, le niveau de puissance d'émission est commandé par un algorithme de contrôle de puissance qui détermine périodiquement la puissance à émettre par le terminal. Les contrôleurs de puissance sont plus ou moins complexes selon les critères de qualité associés et peuvent être simplement par exemple des limiteurs de puissance. La périodicité pour déterminer la puissance à émettre est en général adaptée aux modes d'accès, et principalement les mécanismes de contrôle de puissance sont choisis lents pour des transmissions basées sur un accès de type AMRT et OFDM, et rapides pour des transmissions basées sur un accès de type CDMA. Il existe essentiellement deux types de contrôle de puissance: le contrôle de puissance en boucle ouverte et le contrôle de puissance en boucle fermée. Le contrôle de puissance en boucle ouverte exploite la capacité du terminal de communication radio à fixer sa puissance d'émission instantanée à une valeur prédéfinie lors de l'établissement d'une communication. Le contrôle de puissance en boucle fermée, pour une transmission en sens montant (c'est-à-dire du terminal radio vers une station de base), est basé sur l'envoi par le réseau d'ordres de modification de la puissance instantanée d'émission du terminal radio afin de maintenir par exemple le rapport signal à bruit (SNR pour "Signal to Noise Ratio" en anglais) dans le sens montant supérieur ou égal à un seuil prédéfini. L'évolution des contraintes règlementaires fixant des limites sur les niveaux de puissances rayonnées par les terminaux radio afin de limiter les niveaux d'exposition sur les utilisateurs, la pollution du spectre radiofréquence, ou encore la consommation énergétique, imposent désormais de respecter également des contraintes sur la puissance moyenne rayonnée. Or, les algorithmes de contrôle de puissance actuels n'ont pas la capacité de contrôler la puissance moyenne car cela nécessite la prédiction à court et long terme de la puissance instantanée. Celle-ci est en effet difficilement prédictible car elle est fonction notamment du trajet du terminal et du comportement des autres utilisateurs. Il en résulte que les algorithmes de contrôle de puissance existants ne peuvent garantir une puissance moyenne d'émission, tout en continuant à assurer également une qualité de service cible. Il existe donc un besoin pour un procédé de détermination de la puissance instantanée d'émission d'un terminal radio permettant de respecter une contrainte de puissance moyenne d'émission de ce terminal radio. Ce procédé doit en outre être capable d'être mis en oeuvre dans tout dispositif d'émission d'un terminal radio évoluant dans tout type de réseau radio, par exemple, réseaux radio mobile de type cellulaire tels GSM (pour "Global System for Mobile Communications" en anglais) et UMTS (pour "Universal Mobile Telecommunication system" en anglais) et générations ultérieures, réseaux locaux sans fil tels WI MAX (pour "Worldwide I nteroperability for Microwave Access" en anglais), ou encore de type satellitaire. Pour atteindre cet objectif, l'invention propose un procédé de détermination de la puissance instantanée d'un terminal de communication radio dans lequel ledit terminal réalise un contrôle de sa puissance d'émission instantanée en fonction d'une puissance de consigne, le procédé comprenant une étape de régulation de la puissance d'émission instantanée comportant: - une évaluation de N grandeurs auxquelles on peut affecter des indices respectifs i, avec i variant de 1 à N, respectivement représentatives d'écarts cumulés entre la puissance instantanée d'émission et une puissance moyenne seuil sur N fenêtres temporelles qui sont telles que la durée de la fenêtre temporelle correspondant à la grandeur d'indice i est inférieure à la durée de la fenêtre temporelle correspondant à la grandeur d'indice i-1 ; - l'exécution d'une succession de tests pour vérifier si lesdites grandeurs d'indices respectifs i représentatives des écarts cumulés sont positives, à partir de l'indice i= 1 et pour des indices i successifs, et - si, pour un indice j, la grandeur d'indice j est négative ou nulle, une interruption de la succession de tests, et la détermination d'un facteur de régulation à appliquer à la puissance de consigne pour obtenir une puissance d'émission instantanée, en fonction de l'indice j. L'invention intègre ainsi de façon avantageuse les contraintes de puissance moyenne d'émission d'un terminal radio mobile dans un mécanisme de contrôle de puissance en limitant les éventuelles dégradations de qualité de service. L'observation des écarts entre la puissance moyenne seuil et les puissances rayonnées cumulés sur différentes fenêtres temporelles permet de prévoir l'évolution de la puissance moyenne rayonnée par rapport à la puissance moyenne fixée. Ceci permet, en fonction des différentes grandeurs évaluées, d'autoriser des dépassements ponctuels de la puissance moyenne rayonnée par rapport à la puissance moyenne seuil et de réguler la puissance instantanée rayonnée lorsque cela est nécessaire. La puissance d'émission instantanée étant évaluée pour des instants successifs, le facteur de régulation pour un instant donné est déterminé en fonction d'un facteur de régulation déterminé pour un instant précédent. Grâce à cela, on évite la mémorisation de l'historique des puissances instantanées d'émission des terminaux pour évaluer des puissances moyennes en déterminant des facteurs de régulation évolutifs associés à des variables cumulatives. Le facteur de régulation pour un instant donné est en outre déterminé par une fonction croissante du facteur de régulation déterminé pour un 15 instant précédent. Les facteurs de régulation successifs sont ainsi déterminés afin de respecter la contrainte de puissance moyenne. Le facteur de régulation est de plus réinitialisé dans le cas où, pour l'indice i= 1, la grandeur d'indice 1 est négative ou nulle. La fenêtre temporelle 20 d'indice 1 étant de durée la plus longue, la contrainte en puissance moyenne seuil est ainsi déclarée respectée et le facteur de régulation réinitialisé à une valeur nulle. Une fonction décroissante du facteur de régulation est appliquée à la puissance de consigne, ce qui permet de limiter la puissance instantanée et 25 donc de réguler la puissance moyenne. L'invention concerne également un dispositif pour déterminer une puissance d'émission instantanée d'un terminal de communication radio apte à réaliser un contrôle de sa puissance en fonction d'une puissance de consigne, le dispositif comprenant : 30 - des moyens d'évaluation de N grandeurs d'indices 1 à N représentatives de N écarts cumulés entre la puissance instantanée d'émission et une puissance moyenne seuil sur N fenêtres temporelles respectives qui sont telles que la durée de la fenêtre temporelle d'indice i est inférieure à la durée de la fenêtre temporelle d'indice i-1, - des moyens de détermination d'un facteur de régulation de la puissance d'émission instantanée adaptés pour : ^ exécuter une succession de tests afin de vérifier si lesdites grandeurs d'indices respectifs i représentatives des écarts cumulés sont positives, à partir de l'indice i= 1 et pour des indices i successifs, et ^ si, pour un indice j, la grandeur d'indice j est négative ou nulle, interrompre la succession de tests, et déterminer un facteur de régulation à appliquer à la puissance de consigne pour obtenir une puissance d'émission instantanée, en fonction de l'indice j. L'invention concerne également un système de communication radio comprenant un contrôleur de puissance et un dispositif de régulation pour déterminer une puissance d'émission instantanée. Le contrôleur de puissance, délivrant au dispositif la puissance de consigne, peut être indifféremment en boucle ouverte ou en boucle fermée, avec une fréquence de détermination de la puissance de consigne lente ou rapide. L'invention concerne également un terminal de communication comprenant le dispositif de régulation précité, ou encore un terminal de communication radio comprenant le système de communication radio précité. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante de plusieurs modes particuliers de réalisation, du procédé de détermination de la puissance instantanée d'émission d'un terminal et du terminal lui même, donnés à titre de simples exemples illustratifs et non limitatifs, et des dessins annexés, sur lesquels : - La figure 1 représente les étapes du procédé de détermination de la puissance instantanée d'émission, selon un mode de réalisation particulier de l'invention, - la figure 2 représente un exemple de détermination d'un facteur de régulation pour la mise en oeuvre du procédé de la figure 1, - la figure 3 représente un terminal de communication radio pour la mise en oeuvre du procédé de la figure 1. Sur la figure 1, on a représenté les différentes étapes du procédé, selon un mode particulier de réalisation de l'invention. Le procédé se superpose à un algorithme de contrôle de puissance instantanée destiné à délivrer régulièrement au terminal radio une puissance de consigne Pcons. Cette puissance de consigne peut être déterminée, de façon connue, par le réseau, dans le cas d'un contrôle de puissance en boucle fermée, ou encore par le terminal, dans le cas d'un contrôle de puissance en boucle ouverte. La périodicité T de détermination de la puissance de consigne est fonction des caractéristiques du système radio. La détermination de la puissance de consigne étant bien connue de l'homme du métier et n'étant pas l'objet de l'invention, elle ne sera pas décrite plus en détails. Pour plus d'informations à ce sujet, le lecteur est invité à se reporter aux documents suivants: "Power Contrai in UMTS release'99", présenté par les auteurs MPJ Baker and TJ Moulsley lors de la conférence "First international conference on 3G communication technologies" en mars 2000, ou bien encore l'ouvrage de M. Mouly et MB Pautet intitulé "The GSM System for Mobile Communication" publié par les auteurs en 1992. En référence à la figure 1, le procédé comprend une première étape El d'évaluation, pour un instant tk, de N grandeurs G (tk) d'indice i, avec i variant de 1 à N, représentatives d'écarts cumulés entre la puissance instantanée d'émission P(tk) du terminal radio à l'instant tk et une puissance moyenne seuil Pseuil sur N fenêtres temporelles. La puissance moyenne fixée Pseuil correspond à la contrainte en puissance moyenne que doit respecter le terminal radio et correspondant à un temps de mesure sur une durée Tseuii. Les fenêtres temporelles d'évaluation des grandeurs G (tk), notées ici f;, avec i variant de 1 à N, sont telles que la durée de la fenêtre temporelle f; d'indice i est inférieure à la durée de la fenêtre temporelle f;_1 d'indice i-1. Les grandeurs représentatives des écarts cumulés entre la puissance instantanée d'émission P(tk) du terminal radio à l'instant tk et la puissance moyenne fixée Pseuil sont telles que : G (tk)= G (tk-1) + (P(tk)- Pseuil) i=1,..N Prenons à titre d'exemple illustratif le cas particulier où N=3, le contrôle de puissance étant par exemple réalisé en boucle fermée. Trois fenêtres temporelles f1, f2, f3 sont donc utilisées. Leurs durées respectives sont ici : - Pour la fenêtre f1 : Tseuil/2 secondes permettant d'avoir une estimation long terme de l'évolution de la puissance moyenne émise par rapport à la puissance moyenne seuil Pseuil, -Pour la fenêtre f2 : Tseuil/10 secondes permettant d'avoir une estimation moyen terme, et - pour la fenêtre f3 : Tseuil/60 secondes permettant d'avoir une estimation court terme. Le procédé comprend ensuite une étape E2 de test, itérative sur les indices i variant de 1 à N, consistant à vérifier si la grandeur G(tk) est positive, à partir de i= 1 et pour les indices i successifs, autrement dit pour i= 1, 2, ..., N. Ce test est réitéré pour les indices i successifs, dans l'ordre croissant, tant que la grandeur G(tk) est positive. Si pour un indice j donné, la grandeur testée q(tk) est négative ou nulle, l'exécution de la succession de tests est interrompue et le procédé passe à une étape E3. Au cours de cette étape E3, un facteur de régulation R(tk) de la puissance instantanée pour l'instant tk est déterminé à partir du facteur de régulation déterminé pour l'instant précédent tk-1 par application d'une fonction de régulation Ui croissante correspondant à l'indice j pour lequel la grandeur C(tk) correspondante a provoqué l'interruption de la succession de tests. En variante, le test du signe des grandeurs G(tk) est réitéré dans l'ordre croissant des indices tant que la grandeur G(tk) est positive ou nulle.30 Le facteur de régulation à l'instant tk est ainsi fonction du facteur de régulation déterminé pour un instant précédent R(tk_l) selon l'équation suivante: R(tk)= Uj(R(tk-1)), A titre d'exemple illustratif et non limitatif, les fonctions U;, pour i variant de 1 à N, sont des fonctions affines croissantes définis par les paramètres A et B;: R(tk)=A R(tk_1)+ B, Dans l'exemple précité dans lequel N=3, les paramètres des fonctions de régulation U;, i variant de 1 à 3, sont fixés aux valeurs Al=O, B1=0, A2=1, B2=1, A3=1 et B3=2. Bien entendu, on pourrait choisir d'autres valeurs. D'autre part, le nombre de paramètres des fonctions de régulation dépend du type de fonction choisie. Sont ainsi définis deux paramètres de régulation pour chaque indice i dans cet exemple particulier d'utilisation d'une fonction affine. Le facteur de régulation est en outre réinitialisé, c'est-à-dire remis à zéro si l'étape de tests est interrompue pour la grandeur d'indice 1, autrement dit si la grandeur CG(tk) qui correspond au cumul des écarts évalué sur la fenêtre temporelle de plus longue durée est négative ou nulle. Cette réinitialisation est mise en oeuvre par application de la fonction constante U1(R(tk))=0, correspondant à des paramètres Al et B1 nuls dans le 25 cas particulier du choix des fonctions de régulation affines. Si aucune grandeur C,(tk), pour i variant de 1 à N, n'a permis une interruption de l'exécution de la succession de tests de l'étape E2, le facteur de régulation est déterminé au cours d'une étape E4 par application d'une 30 fonction de régulation croissante UN+1. En référence à l'exemple précité pour lequel N=3, la fonction UN+1 est choisie affine avec les paramètres A4=1 et B4=4. Ainsi que décrit en figure 2 se référant à l'exemple précité où N=3 et les fonctions de régulation sont affines, si la grandeur C, (tk) est positive et la grandeur C2(tk) est négative ou nulle, le facteur de régulation est donné par R(tk)=R(tk_1)+1. Si les grandeurs C1(tk) et C2(tk) sont positives, le facteur de régulation est donné respectivement par R(tk)= R(tk_1)+2 et R(tk)= R(tk_1)+4 selon le signe de la grandeur C3(tk). Le facteur de régulation est d'autre part réinitialisé à une valeur nulle si la grandeur C1(tk) est négative ou nulle. Suite à la détermination du facteur de régulation pour l'instant tk, le terminal radio diminue sa puissance instantanée d'émission P(tk) en dessous de la puissance de consigne en une étape E5 par application d'une fonction d'atténuation H décroissante selon le facteur de régulation. A titre d'exemple illustratif et non limitatif, la puissance instantanée est 15 donnée par: Pe(tk)= Pcons 1+ gx N(tk) La constante g visant à pondérer le facteur de régulation. Cette constante est fixée à 0.03 dans l'exemple précité. Le procédé de détermination de la puissance instantanée est ensuite réitéré pour les instants suivants tk+1, tk+2,..., pendant la durée de communication du terminal radio. 25 Le nombre N de grandeurs à évaluer, les durées de fenêtres temporelles, le type de fonction de régulation et les paramètres associés et la fonction d'atténuation H sont ici déterminés au préalable par des simulations effectuées pour différents niveaux de qualité de service cible par exemple défini en fonction d'un rapport signal sur bruit plancher. Ainsi le choix des 30 paramètres de régulation effectue le meilleur compromis entre les objectifs de 20 qualité de service et de respect de la contrainte de la puissance moyenne seuil. Ces paramètres peuvent être configurables et mis à jour par exemple suite à la modification des contraintes sur la puissance moyenne seuil à respecter. La régulation de la puissance instantanée sera d'autant plus efficace que le nombre N est grand. Cependant, plus N est grand, plus le nombre de variables à considérer et le volume des calculs à effectuer sont importants. Il est cependant possible de limiter la complexité du récepteur et de choisir par exemple de n'évaluer que 2 grandeurs. Dans ce cas, l'étape E2 comprend un test sur le signe de la première grandeur Cl(tk) et si cette grandeur est négative, ou encore négative ou nulle, le facteur de régulation est déterminé en fonction du signe de la deuxième grandeur C2(tk). On va maintenant décrire un terminal de communication radio en référence à la figure 3. Par souci de clarté, seuls les éléments du terminal de communication radio liés à l'invention vont être explicités. Le terminal de communication radio comprend un module 50 de détermination de la puissance instantanée qui comprend les éléments suivants: - une brique 51 d'évaluation des N grandeurs représentatives des écarts cumulés entre la puissance instantanée d'émission et la puissance moyenne fixée sur les N fenêtres temporelles, - une brique 52 de détermination d'un facteur de régulation de la puissance instantanée, - une brique 53 de détermination de la puissance instantanée d'émission du terminal après régulation, - une brique 54 de mémorisation. La brique 51 est agencée pour évaluer à des instants successifs tk les N grandeurs C,(tk), i variant de 1 à N, représentatives des écarts cumulés entre la puissance instantanée d'émission P(tk) et la puissance moyenne seuil Pseuil sur les N fenêtres temporelles respectives f;, telles que la durée de la fenêtre temporelle f; soit inférieure à la durée de la fenêtre temporelle f;_,. La brique 52 de détermination d'un facteur de régulation est agencée pour exécuter la succession de tests sur les valeurs des grandeurs G(tk) pour les indice i variant de 1 à N, et d'affecter un facteur de régulation en fonction de l'indice j pour lequel la valeur de la grandeur d'indice j a interrompu la succession de tests. La brique 53 est apte à modifier la valeur de la puissance d'émission du terminal de communication radio en fonction du facteur de régulation, de la fonction d'atténuation H et de la puissance de consigne délivrée par un module de contrôle de puissance dans le terminal ou délivrée par le réseau. Des paramètres de configuration du procédé sont mémorisés dans la brique 54, par exemple les durées des fenêtres temporelles f;, les paramètres des fonctions de régulation, les paramètres de la fonction d'atténuation H. La brique 54 mémorise en outre les grandeurs représentatives des écarts cumulés et le facteur de régulation déterminés à un instant précédent. Le terminal comprend une unité centrale de commande, non représentée, à laquelle les éléments du module 50 sont reliés et destinée à contrôler le fonctionnement de ces éléments. Dans un mode particulier de réalisation de l'invention, les différentes étapes du procédé de détermination de la puissance instantanée sont mises en oeuvre par un programme d'ordinateur chargé dans un terminal de communication radio ou un système informatique d'un simulateur de terminal de communication radio par exemple. Le module 50 est dans ce cas un module logiciel comprenant des instructions logicielles pour commander l'exécution par le terminal de communication radio des étapes du procédé précédemment décrit. En conséquence, l'invention s'applique également à un programme d'ordinateur, notamment un programme d'ordinateur sur ou dans un support d'enregistrement d'informations, adapté à mettre en oeuvre l'invention. Ce programme peut utiliser n'importe quel langage de programmation, et être sous la forme de code source, code objet, ou de code intermédiaire entre code source et code objet tel que dans une forme partiellement compilée, ou dans n'importe quelle autre forme souhaitable pour implémenter le procédé selon l'invention. Le support d'enregistrement d'informations peut être n'importe quelle entité ou dispositif capable de stocker le programme. Par exemple, le support peut comporter un moyen de stockage ou support d'enregistrement sur lequel est stocké le programme d'ordinateur selon l'invention, tel qu'une ROM, par exemple un CD ROM ou une ROM de circuit microélectronique, ou encore une clé USB, ou un moyen d'enregistrement magnétique, par exemple une disquette (floppy disc) ou un disque dur. D'autre part, le support d'informations peut être un support transmissible tel qu'un signal électrique ou optique, qui peut être acheminé via un câble électrique ou optique, par radio ou par d'autres moyens. Le programme selon l'invention peut être en particulier téléchargé sur un réseau de type internet. Alternativement, le support d'informations peut être un circuit intégré dans lequel le programme est incorporé, le circuit étant adapté pour exécuter ou pour être utilisé dans l'exécution du procédé selon l'invention. REVENDICATIONS 1- Procédé de détermination d'une puissance d'émission instantanée d'un terminal de communication radio dans lequel ledit terminal réalise un contrôle de sa puissance d'émission instantanée en fonction d'une puissance de consigne (Pcons), ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend une étape de régulation de ladite puissance d'émission instantanée comportant: - une évaluation (El) de N grandeurs (C;(tk)) auxquelles on peut affecter des indices respectifs i, avec i variant de 1 à N, respectivement représentatives d'écarts cumulés entre la puissance instantanée d'émission et une puissance moyenne seuil (Pneu;,) sur N fenêtres temporelles (f;) qui sont telles que la durée de la fenêtre temporelle correspondant à la grandeur d'indice i est inférieure à la durée de la fenêtre temporelle correspondant à la grandeur d'indice i-1 ; - l'exécution d'une succession de tests (E2) pour vérifier si lesdites grandeurs d'indices respectifs i représentatives des écarts cumulés sont positives, à partir de l'indice i=1 et pour des indices i successifs, et -si, pour un indice j, la grandeur d'indice j est négative ou nulle, une interruption de la succession de tests et la détermination (E3) d'un facteur de régulation à appliquer à la puissance de consigne (Pcons) pour obtenir une puissance d'émission instantanée, en fonction de l'indice j. 2- Procédé selon la revendication 1 et, dans lequel, la puissance d'émission instantanée étant évaluée pour des instants successifs (tk), le facteur de régulation R(tk) pour un instant donné (tk) est déterminéen fonction d'un facteur de régulation déterminé pour un instant précédent (tk_l). 3 û Procédé selon l'une des revendications 1 à 2 dans lequel le facteur de régulation pour un instant donné (tk) est déterminé par une fonction croissante du facteur de régulation déterminé pour un instant précédent (tk_l). 4- Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel le facteur de régulation est réinitialisé dans le cas où, pour l'indice i=1, ladite grandeur d'indice 1 est négative ou nulle. 5- Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel une fonction décroissante (H) du facteur de régulation est appliquée à la puissance de consigne (Pcons). 6- Dispositif pour déterminer une puissance d'émission instantanée d'un terminal de communication radio apte à réaliser un contrôle de sa puissance en fonction d'une puissance de consigne (Pcons), ledit dispositif comprenant : - des moyens d'évaluation de N grandeurs (G(tk)) d'indices 1 à N représentatives de N écarts cumulés entre la puissance instantanée d'émission et une puissance moyenne seuil (P i) sur N fenêtres temporelles (f;) respectives qui sont telles que la durée de la fenêtre temporelle d'indice i est inférieure à la durée de la fenêtre temporelle d'indice i-1, - des moyens de détermination d'un facteur de régulation de la puissance d'émission instantanée adaptés pour : ^ exécuter une succession de tests afin de vérifier si lesdites grandeurs d'indices respectifs i représentativesdes écarts cumulés sont positives, à partir de l'indice i=1 et pour des indices i successifs, et ^ si, pour un indice j, la grandeur d'indice j est négative ou nulle, interrompre la succession de tests, et déterminer un facteur de régulation à appliquer à la puissance de consigne (Pcons) pour obtenir une puissance d'émission instantanée, en fonction de l'indice j. 7- Système de communication radio comprenant un contrôleur de puissance et un dispositif pour déterminer une puissance d'émission instantanée, tel que défini dans la revendication 6. 8- Terminal de communication radio comprenant un dispositif pour déterminer une puissance d'émission instantanée, tel que défini dans la revendication 6. 9- Terminal de communication radio comprenant un système de communication radio tel que défini dans la revendication 7. 10-Programme d'ordinateur pour un dispositif apte à déterminer une puissance d'émission instantanée, comprenant des instructions logicielles pour commander l'exécution des étapes du procédé défini dans la revendication 1, lorsque ledit programme est exécuté par le dispositif. 11- Support de données dans lequel le programme d'ordinateur selon la revendication 10 est enregistré.