Brevet FR3033119A1 — publié le 20160826

PROCÉDÉ DE PRISE DE DÉCISION D'UN TRANSFERT DE COMMUNICATION DANS UN CONTEXTE INTERFÉRENTIEL INTRA-BANDE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE Le domaine de l'invention est celui des systèmes de télécommunication cellulaire. L'invention concerne plus particulièrement un mécanisme de prise de décision d'un transfert (handover) de communication dans un contexte interférentiel intra-bande. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Un des problèmes affectant une communication au sein d'un système de télécommunication cellulaire est celui de l'interférence générée par les autres communications de la cellule ou des cellules voisines. On distingue classiquement l'interférence inter-cellulaire due aux communications des cellules voisines et l'interférence intra-cellulaire due aux communications de la même cellule où se trouve le terminal. De nombreuses techniques ont été proposées et mises en oeuvre pour éviter ou réduire l'interférence intra-cellulaire. La plupart de ces techniques reposent sur une allocation de ressources de transmission orthogonales, par exemple d'intervalles de temps de transmission (TDMA), de fréquences de transmission (FDMA), d'intervalles de sous-porteuses d'un multiplex OFDM (OFDMA), de codes de transmission (CDMA), de faisceaux de transmission (SDMA), voire d'une combinaison de telles ressources, de manière à séparer les différentes communications d'une même cellule. Les ressources de transmission étant rares, celles-ci sont généralement réutilisées, au moins partiellement, d'une cellule à l'autre. Un module de gestion des ressources de transmission ou RRM (Radio Resource Management) est alors en charge d'allouer de manière statique ou dynamique les ressources de transmission aux différentes cellules. Il est notamment connu de réutiliser des fréquences de transmission selon un schéma prédéterminé (Frequency Reuse Pattern). 3033119 2 Cette gestion des ressources de transmission est toutefois peu efficace dans les réseaux à forte densité, les réseaux hétérogènes ou les réseaux M2M (machine à machine). Par réseau hétérogène, on entend la superposition d'un premier réseau cellulaire à faible granularité spatiale avec au moins un second réseau cellulaire de forte granularité spatiale 5 (constitué de femto-cellules ou de pico-cellules). Le premier réseau cellulaire est alors dénommé macro-cellulaire par opposition au second réseau. L'allocation de ressources orthogonales dans les réseaux précités aboutirait en effet à une exploitation insuffisante de ces ressources et à une faible efficacité spectrale. Il en résulte que les communications relatives à des utilisateurs appartenant à des cellules 10 voisines, ou à des cellules de niveaux hiérarchiques différents dans un réseau hétérogène, subissent généralement une interférence intra-bande (in band interference). Pour une communication donnée, dite ici première communication, on appelle communément interférence intra-bande l'interférence induite par une seconde communication utilisant la même ressource de transmission que la première. Par 15 opposition, on appelle interférence inter-bande celle induite par une seconde communication utilisant une ressource de transmission distincte (par exemple une fréquence de transmission voisine ou un autre intervalle de transmission) de celle utilisée par la première. Un réseau dans lequel l'interférence intra-bande est prédominante par rapport au 20 bruit thermique est dit « limité par l'interférence » (interference limited network) dans la mesure où les capacités des différentes liaisons du réseau sont davantage contraintes par l'interférence que par le bruit lui-même. Le traitement et la réduction de l'interférence intra-bande ont fait l'objet de nombreuses recherches. 25 La méthode de traitement la plus simple est de considérer l'interférence comme un simple bruit thermique. Cette méthode de traitement n'est toutefois acceptable que si le niveau d'interférence est faible. Il est à noter que la plupart des algorithmes d'allocation de puissance (power allocation) sont basés sur cette hypothèse. D'autres méthodes de traitement permettent de réduire l'interférence en décodant le signal d'information de la(ou les) communication(s) interférente(s). Cela 3033119 3 suppose que le terminal récepteur considéré connaisse les codes ayant servi à les coder. Parmi ces méthodes, on connaît notamment les schémas de réduction d'interférence de type parallèle ou PIC (Parallel Interference Canceller) ou série (Successive Interference Canceller), bien connus de l'homme du métier. 5 Une autre approche classique pour réduire le niveau d'interférence est de mettre en oeuvre une méthode adaptative d'allocation de puissance (adoptive power control). Une telle méthode permet de contrôler les niveaux de puissance des différents terminaux émetteurs de manière à garantir une qualité de service prédéterminée aux différents utilisateurs. Cette qualité de service peut être mesurée selon le cas en termes de débit, de 10 temps de latence, de taux d'erreur paquet, de couverture spatiale, etc. On appelle conventionnellement métrique de qualité de service, le ou les paramètre(s) utilisé(s) pour la mesurer. En règle générale, une communication d'un utilisateur requiert une qualité de service minimale qui est prise en compte ou négociée lors de la procédure d'admission de l'utilisateur dans la cellule. Cette qualité de service minimale s'exprime sous la forme d'une 15 contrainte sur la métrique de qualité de service : latence inférieure à un seuil, débit supérieur à un minimum garanti, etc. L'allocation de puissance est alors effectuée de manière à respecter la contrainte sur la métrique de qualité de service. Il a été proposé dans les demandes de brevet FR-A-2 963 194 et FR-A-2 963 195 une méthode d'allocation de puissance, centralisée ou distribuée, sous contrainte de 20 qualité de service. Plus précisément, pour une contrainte de qualité de service donnée, cette méthode d'allocation de puissance permet de réduire les puissances d'émission des terminaux en tenant compte de certains régimes d'interférence affectant les différentes communications. Ainsi, selon cette méthode, si l'on considère une première communication entre un premier terminal émetteur et un premier terminal récepteur, 25 interférée par une seconde communication entre un second terminal émetteur et un second terminal récepteur, on distingue pour la première communication trois régimes d'interférence possibles : un premier régime de fort SINR (signal to noise and interference ratio), dans lequel le premier récepteur traite le signal de la seconde communication comme du bruit thermique, un second régime de SINR modéré dans lequel le premier 30 récepteur décode conjointement les signaux d'information des première et seconde 3033119 4 communications, et enfin un troisième régime de faible SINR dans lequel le premier récepteur décode d'abord le signal d'information de la seconde communication, soustrait sa contribution au signal reçu avant de décoder le signal d'information de la seconde communication à partir du signal ainsi obtenu. 5 Cette méthode d'allocation de puissance fonctionne bien pour un couple de communications interférentes. Toutefois, pour un plus grand nombre de communications interférentes, la situation devient sensiblement plus complexe. On comprend en effet qu'une allocation de puissance à un émetteur donné influence le diagramme d'interférence des autres communications et peut modifier leurs régimes d'interférence respectifs. Ainsi 10 la modification de puissance d'un émetteur peut conduire à une modification de puissance d'un ou plusieurs autre émetteurs. L'allocation de puissance peut devenir instable et diverger jusqu'à aboutir à une situation où tous les émetteurs concernés transmettent à puissance maximale. Le but de la présente invention est de proposer une méthode d'optimisation de 15 liaison dans un réseau de télécommunication sans fil, sans modification d'allocation de puissance des différents émetteurs et donc sans perturbation sensible de la situation d'interférence entre les différentes communications. EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention propose à cet égard un procédé d'adaptation de liaison pour système 20 de télécommunication sans fil comprenant un terminal émetteur, un premier terminal récepteur et au moins un second terminal récepteur, une communication du terminal émetteur avec le premier terminal récepteur étant soumise à une première interférence due à au moins une communication avec l'au moins un second terminal récepteur qui utilise les mêmes ressources de transmission, le procédé comprenant : la détermination d'un premier schéma de modulation et de codage pour la communication du terminal émetteur avec le premier terminal récepteur qui optimise une fonction d'intérêt, pour chaque second terminal récepteur, la détermination d'un second schéma de modulation et de codage qui optimise la fonction d'intérêt sous l'hypothèse que la 3033119 5 communication du terminal émetteur est transférée du premier terminal récepteur vers le second terminal récepteur tout en étant soumise à une seconde interférence due à au moins une communication qui utilise lesdites mêmes ressources de transmission ; pour assurer la communication avec le terminal émetteur, la sélection, parmi le premier terminal récepteur et l'au moins un second terminal récepteur, du terminal récepteur permettant d'optimiser au mieux la fonction d'intérêt. Certains aspects préférés mais non limitatifs de procédé sont les suivants : - il comprend en outre, lorsque le premier terminal récepteur est sélectionné pour assurer la communication du terminal émetteur, une étape de traitement de la 5 première interférence selon un type de traitement associé à un régime d'interférence correspondant au premier schéma de modulation et de codage ; il comprend en outre, lorsque qu'un second terminal récepteur est sélectionné pour assurer la communication du terminal émetteur, une étape de transfert de la communication du premier terminal émetteur du premier terminal récepteur 10 vers le second terminal récepteur sélectionné, suivie d'une étape de traitement de la seconde interférence selon un type de traitement associé à un régime d'interférence correspondant au second schéma de modulation et de codage ; l'étape de transfert de la communication du premier terminal émetteur du premier terminal récepteur vers le second terminal récepteur sélectionné n'est 15 réalisée que si l'écart entre la fonction d'intérêt optimisée obtenue avec le second terminal récepteur et la fonction d'intérêt optimisée obtenue avec le premier terminal récepteur est supérieur à un seuil ; la fonction d'intérêt dépend des débits de la communication du terminal émetteur avec le premier terminal récepteur et de l'au moins une communication avec l'au 20 moins un second terminal récepteur ; la détermination du schéma de modulation et de codage pour la communication du terminal émetteur avec le premier terminal récepteur, respectivement pour la 3033119 6 communication du terminal émetteur transférée au second terminal récepteur, est effectuée de manière centralisée par un noeud de contrôle ; la détermination du schéma de modulation et de codage pour la communication du terminal émetteur avec le premier terminal récepteur, respectivement pour la 5 communication du terminal émetteur transférée au second terminal récepteur, est effectuée par le premier terminal récepteur, respectivement par le second terminal récepteur, et celui-ci transmet le schéma ainsi déterminé au second, respectivement au premier, terminal émetteur. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS 10 D'autres aspects, buts, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante de formes de réalisation préférées de celle-ci, donnée à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : la figure 1 est un schéma d'un modèle d'interférence intra-bande dans un système 15 de communication cellulaire ; la figure 2 représente un diagramme d'interférence pour une communication ; la figure 3 est un ordinogramme d'un procédé selon un mode de réalisation possible de l'invention. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS 20 Nous considérons ici un système de communication sans fil comprenant une pluralité de couples de terminaux émetteur et de terminaux récepteur et supposons qu'une communication entre les terminaux d'un couple peut interférer avec une communication entre les terminaux d'un autre couple, par exemple parce que ces deux communications utilisent des ressources de transmission communes (interférence intra- 25 bande). Le système de communication sans fil peut être par exemple un réseau de communication cellulaire, un réseau de communication ad hoc, un réseau hétérogène comprenant un niveau macro-cellulaire et un niveau femto-cellulaire. 3033119 7 Dans un réseau hétérogène, les communications considérées peuvent être à deux niveaux différents, par exemple l'une au niveau macro-cellulaire et l'autre au niveau femto-cellulaire. Chacune des communications peut être soit montante (uplink), soit 5 descendante (downlink), l'expression de terminal émetteur ou de terminal récepteur étant prise dans son acception large et incluant notamment une station de base ou un point d'accès du réseau. Dans un but de simplification de la présentation, nous nous plaçons tout d'abord dans le cas d'un système ne comportant que deux couples de terminaux, comme 10 illustré sur la figure 1. Si l'on note xi, x2 les signaux respectivement transmis par les terminaux émetteurs T1 et T2 et yi, yz les signaux respectivement reçus par les terminaux récepteurs R1 et R2, on a: yi = gnxi + g12x2+ zl 15 Y2 = g22X2 + gmx1 + z2 (1) où zi, zz sont des échantillons de bruit blanc gaussien, gii, g21 sont les coefficients de canal entre le terminal émetteur T1 et les terminaux récepteurs R1 et R2, respectivement, et g22, giz sont les coefficients de canal entre le terminal émetteur T2 et les terminaux récepteurs R2 et R1, respectivement. 20 On comprendra que l'interférence entre communications est représentée en (1) par les termes croisés gi2x2 et gzix1. Pour la première communication, entre les premiers émetteur T1 et récepteur R1, les puissances respectives du signal d'information et de l'interférence due à la seconde communication sont respectivement WH I2P1 et I912 12P2. 25 De manière similaire, pour la seconde communication entre les seconds émetteur et récepteur, les puissances respectives du signal d'information et de l'interférence due à la première communication sont respectivement la ,, 22 IP2 et2_ _ _ _ 192112P1. Le rapport signal à bruit (SNR) au niveau du premier récepteur peut 30 s'exprimer sous la forme : Yi = 19111 Pl- 1 -No (2) 3033119 8 De manière similaire, le rapport interférence à bruit au niveau du premier 1 P2 (3) terminal récepteur n'est autre que : 81 = 191212 7° De la même façon, les rapports signal à bruit et interférence à bruit au niveau du second terminal récepteur peuvent s'écrire respectivement comme : 5 i 2 P2 (4) et 82 = 192112 Pl- Y2 = 19221 -No i -No (5) Les relations suivantes sont vérifiées : 81 = f2 Y2 et 82 = flY1 (6) Où 192112 et f, = 191212 = 191112 '` 192212 (6') fl On note dans la suite pi et p2 les débits respectifs sur la première et la seconde communication, et l'on introduit les variables C1 = 2P1 - 1, C2 = 2P2 - 1 et C12 = 2P+P - 10 1. Les débits pi et p2 s'expriment également comme pi = viB et p2 = v2B où v1 et v2 sont respectivement, l'efficacité spectrale pour la première communication et l'efficacité spectrale pour la seconde communication, exprimées en bits/s/Hz, et où B est la largeur de bande des ressources de transmission communes. 15 L'efficacité spectrale ciblée pour une liaison dépend du schéma de codage et de modulation ou MCS (Modulation and Coding Scheme) utilisée sur cette liaison. De manière générale, l'efficacité spectrale est proportionnelle au taux de codage (coding rate) et à l'ordre de modulation choisis pour la transmission sur la liaison en question. On sait que pour un rapport signal sur bruit plus interférence (SINR) donné sur une 20 liaison, il est possible d'obtenir une bonne qualité de service (QoS), par exemple en termes de taux d'erreur binaire (BER) ou de taux d'erreur paquet (PER), en utilisant un schéma MCS à faible efficacité spectrale et donc un faible taux de codage, ou bien une moindre qualité de service en utilisant un schéma MCS à efficacité spectrale élevée et donc un plus fort débit. De manière générale, le choix du schéma MCS est un compromis entre efficacité 25 spectrale et robustesse de la liaison. Pour un couple de débits (pi, p2) donnés, on peut distinguer plusieurs régimes d'interférence, chaque régime donnant lieu à un traitement distinct. Plus précisément, on peut notamment classer l'interférence en trois régimes possibles. 3033119 9 Schématiquement, dans un premier régime, la puissance de l'interférence due à la seconde communication est plus faible que la puissance du signal d'information reçu au niveau du premier terminal récepteur. Plus précisément, si l'on raisonne en termes de capacité au sens de Shannon, le rapport signal sur bruit plus interférence sur le canal direct 5 entre le terminal émetteur T1 et le terminal récepteur R1 permet de passer le débit p1 alors que le rapport signal sur bruit sur le canal " croisé " entre le terminal émetteur T2 et le terminal récepteur R1 ne permet pas de passer le débit p2 (le canal " croisé " est en situation de coupure au sens de la théorie de l'information), autrement dit : pi log2(1 + INR12) = log2(1 + 81) (8) où SNR11 et /NR12 sont respectivement le rapport signal à bruit plus interférence et le rapport interférence sur bruit au niveau du premier terminal récepteur R1. Dans ce régime, le signal d'information de la seconde communication ne peut être décodé du fait de la coupure du canal croisé. Il est alors considéré comme du bruit 15 thermique pour le décodage du signal d'information de la première communication. On en déduit les contraintes suivantes sur le premier régime : yi C1(1 + 81) (9) et 62 C1 (14) Enfin, dans un second régime, la puissance de l'interférence est du même ordre que celle du signal d'information. Il est alors proposé de décoder conjointement le signal d'information de la première communication et le signal d'information de la seconde communication au niveau du premier terminal récepteur. Le décodage conjoint des deux 15 signaux d'information pourra, par exemple, être effectué au moyen d'un schéma PIC ou d'une méthode de décodage à maximum de vraisemblance de type MMSE-GDFE (Minimum Mean Square Error - Generalized Decision Feedback Equalizer), de manière connue en soi. Ce régime d'interférence est intermédiaire entre le premier et le troisième dans la mesure où le débit p2 ne vérifie plus (8) et (11), autrement dit : 20 1092(1+ M REVENDICATIONS1. Procédé d'adaptation de liaison pour système de télécommunication sans fil comprenant un terminal émetteur (T1), un premier terminal récepteur (R1) et au moins un second terminal récepteur (R2), une communication du terminal émetteur avec le premier terminal récepteur étant soumise à une première interférence due à au moins une communication avec l'au moins un second terminal récepteur qui utilise les mêmes ressources de transmission, le procédé comprenant : la détermination d'un premier schéma de modulation et de codage pour la communication du terminal émetteur (T1) avec le premier terminal récepteur (R1) qui optimise une fonction d'intérêt, pour chaque second terminal récepteur (R2), la détermination d'un second schéma de modulation et de codage qui optimise la fonction d'intérêt sous l'hypothèse que la communication du terminal émetteur (T1) est transférée du premier terminal récepteur (R1) vers le second terminal récepteur (R2) tout en étant soumise à une seconde interférence due à au moins une communication qui utilise lesdites mêmes ressources de transmission ; pour assurer la communication avec le terminal émetteur, la sélection, parmi le premier terminal récepteur (R1) et l'au moins un second terminal récepteur (R2), du terminal récepteur permettant d'optimiser au mieux la fonction d'intérêt. 2. Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre, lorsque le premier terminal récepteur (R1) est sélectionné pour assurer la communication du terminal émetteur, une étape de traitement de la première interférence selon un type de traitement associé à un régime d'interférence correspondant au premier schéma de modulation et de codage. 3. Procédé selon la revendication 2, comprenant avant traitement de la première interférence selon un type de traitement associé à un régime d'interférence correspondant au premier schéma de modulation et de codage, une étape de modification d'un 3033119 22 diagramme d'interférence pour la communication du terminal émetteur avec le premier terminal récepteur consistant à modifier des frontières entre différents régimes d'interférence. 5 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, comprenant en outre, lorsque qu'un second terminal récepteur (R2) est sélectionné pour assurer la communication du terminal émetteur, une étape de transfert de la communication du premier terminal émetteur du premier terminal récepteur (R1) vers le second terminal récepteur (R2) sélectionné, suivie d'une étape de traitement de la seconde interférence selon un type de 10 traitement associé à un régime d'interférence correspondant au second schéma de modulation et de codage. 5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel l'étape de transfert de la communication du premier terminal émetteur du premier terminal récepteur vers le 15 second terminal récepteur sélectionné n'est réalisée que si l'écart entre la fonction d'intérêt optimisée obtenue avec le second terminal récepteur et la fonction d'intérêt optimisée obtenue avec le premier terminal récepteur est supérieur à un seuil. 6. Procédé selon l'une des revendications 4 et 5, comprenant avant traitement de la seconde interférence selon un type de traitement associé à un régime d'interférence correspondant au second schéma de modulation et de codage, une étape de modification d'un diagramme d'interférence pour la communication du terminal émetteur transférée vers le second terminal récepteur consistant à modifier des frontières entre différents régimes d'interférence. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel l'interférence d'un second terminal émetteur est traitée comme une source de bruit. 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel la fonction d'intérêt dépend des débits de la communication du terminal émetteur avec le premier terminal 3033119 23 récepteur et de l'au moins une communication avec l'au moins un second terminal récepteur. 9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel on mesure la qualité 5 de la liaison au premier terminal récepteur et la qualité de la liaison à l'au moins un second terminal récepteur à l'aide d'un rapport signal sur bruit plus interférence ou bien d'une métrique exponentielle de SINR efficace, et l'on en déduit un indice de qualité de ladite liaison. 10 10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, dans lequel la détermination du schéma de modulation et de codage pour la communication du terminal émetteur (T1) avec le premier terminal récepteur (R1), respectivement pour la communication du terminal émetteur transférée au second terminal récepteur, est effectuée de manière centralisée par un noeud de contrôle. 15 11. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, dans lequel la détermination du schéma de modulation et de codage pour la communication du terminal émetteur (T1) avec le premier terminal récepteur (R1), respectivement pour la communication du terminal émetteur transférée au second terminal récepteur, est effectuée par le premier terminal 20 récepteur, respectivement par le second terminal récepteur, et celui-ci transmet le schéma ainsi déterminé au second, respectivement au premier, terminal émetteur.