Brevet FR3039961A1 — publié le 20170210

Page 2 Description de l'état de l'art Traditionnellement, l'accès et l'utilisation du spectre radio sont autorisés de deux manières: soit avec une autorisation « sous licence », soit avec une autorisation exempte de licence dite « sans licence ». Une autorisation « sous licence » signifie que les droits d'utilisation sont exclusivement accordés, sur 5 une base nationale, dans le temps, dans l'espace et pour une bande de fréquences définie. Un exemple d'utilisation sous licence est la bande de fréquences à 2 GHz pour la fourniture de services de communications mobiles de troisième génération. Une autorisation «sans licence» signifie que les appareils qui répondent à certaines conditions techniques (puissance d'émission, bande de fréquences) peuvent partager le spectre radio, être utilisés 10 partout et à tout moment, sans garantie de qualité de service. Un exemple d'utilisation est la bande de fréquences à 2,4 GHz pour la fourniture de services d'accès Wi-Fi et Bluetooth. Il existe une troisième approche qui vise à autoriser un nombre limité d'usagers secondaires à utiliser une bande de fréquences déjà attribuée à un ou plusieurs titulaires primaires. Cette approche a été retenue, par exemple, pour définir les modalités d'usage la bande de fréquences 2300-2400 MHz en 15 Europe (ainsi que spécifié par l' « European Telecommunications Standards Institute » - documents ETSI TS 103 154 et ETSI TS 103 235), ou encore pour définir les modalités d'usage de la bande de fréquences 3550-3700 MHz aux Etats-Unis (ainsi que spécifié par la « Federal Communications Commission » - document FCC 15-47). L'accès à ces bandes de fréquences ainsi partagées doit se faire en conformité avec les règles de partage 20 incluses dans les licences d'utilisation accordées aux usagers secondaires; il s'agit notamment des conditions techniques pour garantir l'absence d'interférences radio nuisibles sur le titulaire primaire opérant dans une bande de fréquences définie. Ce régime d'accès permet au titulaire primaire d'avoir un accès prioritaire aux ressources radio dans la bande de fréquences partagée avec des usagers secondaires. En particulier, le titulaire primaire peut être 25 en droit à tout moment d'exiger l'exclusivité de l'accès et préempter la bande de fréquences partagée, sur une zone géographique et une durée données. La figure 1 illustre un système de préemption qui gère l'accès dynamique et partagé au spectre radioélectrique conformément à l'état de l'art, dans lequel un titulaire primaire [PRI] peut à tout moment obtenir l'exclusivité de l'accès et préempter une bande de fréquences en modifiant le contenu d'un 30 serveur central [S_C] via l'interface [IHM1]. Les contrôleurs [C] des usagers secondaires sont notifiés de la demande d'accès au spectre via l'interface [Cl] et calculent, à l'aide de modèles de propagation d'ondes radioélectriques, les paramètres de reconfiguration des stations de base radio [S] à modifier afin de satisfaire cette demande. Ces contrôleurs transmettent ensuite des requêtes de reconfiguration du réseau via l'interface [C2] à 35 l'infrastructure de gestion du réseau [NM]. 3039961 Page 3 Limitations actuelles Le mécanisme actuel ne donne pas la possibilité aux usagers secondaires [SEC], à partir de mesures réelles des niveaux d'interférences produites par l'opération de leurs propres systèmes de radiocommunication, la possibilité de calibrer les modèles de propagation d'ondes radio qui sont utilisés par le système qui gère l'accès partagé au spectre radioélectrique. Ces limitations obligent l'usager secondaire [SEC] à réduire sa zone de couverture afin d'éviter les interférences dues aux imprécisions des modèles de propagation d'ondes radio. Il s'en suit un usage non optimal du spectre par les usagers secondaires [SEC]. Liste des figures : Figure 1 : vue générale d'un système de préemption de fréquence radioélectrique conformément à l'état de l'art. Figure 2 : vue générale d'un système de préemption de fréquence radioélectrique conformément à la présente invention. Alternative 1 : utilisation de senseurs radiofréquences (senseurs RF) à proximité des sites radio du titulaire primaire. Figure 3 : vue générale d'un système de préemption de fréquence radioélectrique conformément à la présente invention. Alternative 2 : utilisation de senseurs radiofréquences (senseurs RF) positionnés en dehors des sites radio du titulaire primaire. 3039961 Page 4 Description du procédé Les figures 2 et 3 illustrent les ajouts de la présente invention par rapport à l'état de l'art décrit figure 1. Le procédé décrit dans la présente invention se décompose comme suit : i. L'usager secondaire [SEC], via l'outil d'administration [ADM_C] du contrôleur [C], demande la 5 mise en route de la procédure de calibrage du système qui gère l'accès partagé au spectre radioélectrique. ii. Le contrôleur [C] relaie cette demande de mise en route de la procédure de calibrage au serveur central [S_C]. iii. Sur réception de la demande de mise en route de la procédure de calibrage, le serveur central 10 [S_C] instruit les senseurs RF [S_RF] de commencer les mesures du champ radioélectrique environnant. iv. Les senseurs RF [S_RF] envoient, en continu ou suivant une périodicité définie, les mesures au serveur central [S C]; chaque mesure est horodatée, géoréférencée par chaque senseur RF [S_RF] avant d'être envoyée. 15 y. Les mesures de champs radioélectriques reçues par le serveur central [S_C] sont filtrées par celui-ci pour n'envoyer au contrôleur [C] que les mesures qui sont exemptes d'interférences produites par l'opération des systèmes de radiocommunication des titulaires primaires [PRI]. vi. Sur réception des mesures horodatées et géo-référencées, le contrôleur [C] compare ces mesures avec les champs électromagnétiques calculés à l'aide de modèles de propagation d'ondes radio. vii. L'usager secondaire [SEC], via l'outil d'administration [ADM_C] du contrôleur [C], ou le contrôleur [C] en fonction d'une marge d'erreur prédéfinie, termine la procédure de calibrage quand il considère que les résultats calculés par le contrôleur [C], à partir des modèles de propagation, sont suffisamment proches des mesures réelles. viii. Une fois le calibrage terminé, le contrôleur [C] utilise les modèles de propagation ainsi calibrés dans le processus de préemption du spectre radioélectrique et notamment pour le calcul des paramètres de reconfiguration des stations de base radio [S] tel que décrit par l'état de l'art. Avant la mise en route de la procédure de calibrage Chaque contrôleur [C] enregistre la topologie du réseau de radiocommunication de son usager secondaire [SEC] en collectant, via l'interface [C2] les informations de déploiement des stations de base radio [S] et des antennes [A] qui leurs sont associées. Il s'agit notamment des puissances isotropes rayonnées équivalentes exprimées en dBm, des fréquences centrales d'émission exprimées en MHz, des largeurs des canaux d'émission exprimées en MHz, et pour chaque antenne la position géographique, la hauteur hors-sol, la polarisation, l'azimut, le secteur, l'inclinaison, les diagrammes de rayonnement vertical et de rayonnement horizontal et l'information si l'antenne est à l'intérieur ou à l'extérieur d'un bâtiment. 3039961 Page 5 Chaque contrôleur [C] combine la topologie du réseau de son usager secondaire [SEC], et d'autres informations d'environnements telles que la densité géoréférencée de la population, le modèle numérique de terrain, la hauteur du bâti, l'occupation des sols, les unités administratives du territoire et il crée à l'aide de modèles de propagation d'ondes radioélectriques et d'algorithmes dédiés une 5 cartographie dynamique et temps-réel de l'environnement radio. Il s'agit d'une cartographie dynamique et temps-réel car elle change au fil des modifications des informations d'entrée décrites ci-dessus; cette cartographie dynamique et temps-réel contient 5 dimensions qui sont la latitude, la longitude, l'altitude, la fréquence et le temps. Chaque contrôleur [C] calcule en temps-réel en chaque point de la zone géographique qui lui est affectée 10 et pour la bande de fréquences à partager, le niveau de champs électromagnétiques cumulé théorique émis par l'ensemble des antennes [A] des stations de base [S] du réseau de l'usager secondaire [SEC]. La cartographie dynamique locale de l'environnement radio peut être visualisée sur un écran d'ordinateur à l'aide d'un Système d'Information Géographique. Mise en route de la procédure de calibrage 15 L'usager secondaire [SEC], via l'outil d'administration [ADM_C] du contrôleur [C], demande la mise en route de la procédure de calibrage du système qui gère l'accès au spectre radioélectrique partagé. Cette procédure de calibrage peut être initiée, par exemple, pour les motifs suivants : à la mise en route d'un contrôleur ; suite au déploiement de nouvelles stations de base radio de l'usager secondaire ; 20 suite à une modification par un titulaire primaire de son usage du spectre ; de manière périodique ou occasionnelle afin de mettre à jour les modèles de propagation dans des zones géographiques où la propagation des ondes radios est susceptible d'être impactée par des modifications de l'environnement (par exemple suite à de nouvelles constructions dans une zone urbaine, ou suite à un incendie important de forêt). 25 Afin de limiter l'impact de la procédure de calibrage sur le bon fonctionnement du système la date et l'heure pour initier cette procédure peuvent être sélectionnés, par exemple : en privilégiant les créneaux où le titulaire primaire n'effectue pas de préemption (par exemple dans le cas d'une préemption périodique). en envoyant une requête de calibrage au titulaire primaire, afin de donner au titulaire primaire la 30 possibilité de choisir le moment le plus opportun pour effectuer cette procédure. Le contrôleur [C] relaie, via l'interface [C3], la demande de mise en route de la procédure de calibrage au serveur central [S C]. 3039961 Page 6 Pour permettre au serveur central [S_C] de déterminer les senseurs à activer la demande de mise en route de la procédure de calibrage inclue la zone géographique à calibrer et optionnellement des informations d'assistances pour la détection, par les senseurs RF [S_RF], des interférences liées aux opérations du réseau de l'usager secondaire [SEC], par exemple, la technologie radio utilisée (LTE, 5 UMTS...) et son mode de transmission (FDD, TDD, ...), la fréquence centrale du canal de transmission, la largeur du canal de transmission, ou la liste des codes de cellules (PCI ou « Physical Cell ID ») susceptibles d'être reçus. Ces informations peuvent être utilisées par les senseurs RF [S_RF] pour discriminer les interférences liées aux opérations du réseau de l'usager secondaire [SEC] des interférences liées aux opérations du réseau de l'usager primaire [PRI]. 10 Le serveur central [S_C] envoie, via l'interface [Si], la demande aux senseurs RF [S_RF] de commencer les mesures de champs électromagnétiques, en continu ou suivant une périodicité définie, sur la ou les bandes de fréquences qui sont opérées par l'usager secondaire [SEC] à l' origine de la demande de calibrage. Le serveur central [S_C] associe et envoie avec chaque demande un identifiant unique pour permettre au 15 serveur central [S_C] de gérer simultanément plusieurs demandes de calibrage provenant de contrôleurs différents. Le serveur central [S_C] inclue dans la demande, si disponible, les informations d'assistances pour la détection des interférences liées aux opérations du réseau de l'usager secondaire [SEC]. Collecte des mesures de champs radioélectriques 20 Chaque senseur RF [S_RF] mesure localement son champ électromagnétique environnant sur la ou les bandes de fréquences demandées, avec ou sans les informations d'assistances pour la détection des interférences liées aux opérations du réseau de l'usager secondaire [SEC], et envoie, via l'interface [S1], en continu ou suivant une périodicité définie, les mesures au serveur central [S_C]. Chaque mesure est horodatée, géoréférencée par chaque senseur RF [S_RF] avant d'être envoyée. 25 Pour chaque mesure reçue, à l'aide des informations associées (champ mesuré, fréquence, date, heure et position géographique de la prise de mesure), le serveur central [S_C] vérifie, à partir de sa connaissance de l'usage du spectre radioélectrique par le ou les titulaires primaires [PRI] si la mesure a subi, à priori, des interférences liées aux opérations des systèmes de radiocommunication des titulaires primaires [PRI]. Cette connaissance de l'usage du spectre radioélectrique par le ou les titulaires 30 primaires [PRI] fait partie de l'état de l'art du système qui gère l'accès au spectre radioélectrique partagé. Le serveur central [S_C] filtre les mesures pour n'envoyer, via l'interface [C3], au contrôleur [C] à l'origine de la demande de calibrage, que les mesures qui sont exemptes d'interférences produites par l'opération des systèmes de radiocommunication des titulaires primaires [PRI]. 35 Calibrage des modèles de propagation Sur réception des mesures horodatées et géo-référencées, le contrôleur [C] compare ces mesures avec les champs électromagnétiques calculés à l'aide de modèles de propagation d'ondes radio. Cette comparaison peut faire l'objet d'un processus itératif pour lequel les paramètres des modèles de propagation utilisés sont ajustés jusqu'à ce que les calculs s'approchent des mesures réelles. 3039961 Page 7 Fin de la procédure de calibrage et retour à l'état de l'art L'usager secondaire [SEC] via l'outil d'administration [ADM_C] du contrôleur [C], ou le contrôleur [C] en fonction d'une marge d'erreur prédéfinie, termine la procédure de calibrage quand il considère que les résultats calculés par le contrôleur [C], à partir des modèles de propagation, sont suffisamment 5 proches des mesures réelles. Une fois le calibrage terminé, le contrôleur [C] utilise les modèles de propagation ainsi calibrés dans le processus de préemption du spectre radioélectrique et notamment pour le calcul des paramètres de reconfiguration des stations de base radio [S] tel que décrit par l'état de l'art. Alternative 1 vs. Alternative 2 La figure 2 représente l'alternative 1 de l'invention ou les senseurs RF [S_RF] sont positionnés à 10 proximité des sites radio de l'usager primaire [PRI]. Cette alternative permet, a priori, une meilleure opportunité de calibration car le procédé va accéder à des mesures réelles effectuées proches des positions qui seront à prendre en compte par le système qui gère l'accès au spectre radioélectrique partagé. Cependant il n'est pas toujours possible, soit d'installer des senseurs RF [S_RF] à proximité des sites 15 radio de l'usager primaire [PRI], ou simplement parce que les sites radio de l'usager primaire [PRI] ne sont pas à des positions fixes, ou connues à l'avance. Dans ce cas, l'alternative 2, représenté par la figure 3 de l'invention permet également le calibrage du système. Les senseurs RF [RF] sont alors positionnés à des endroits remarquables qui devront permettre de calibrer les modèles de propagation pour des situations similaires aux situations de partage attendues avec l'usager primaire [PRI]. 20 REVENDICATIONS10 1) Un procédé de calibrage d'un système de gestion d'accès dynamique et partagé au spectre radioélectrique composé des étapes suivantes : 15 i. L'usager secondaire [SEC], via l'outil d'administration [ADM_C] du contrôleur [C], demande la 20 mise en route de la procédure de calibrage du système qui gère l'accès partagé au spectre radioélectrique. 25 ii. Le contrôleur [C] relaie cette demande de mise en route de la procédure de calibrage au serveur central [S_C]. iii. Sur réception de la demande de mise en route de la procédure de calibrage, le serveur central [S_C] instruit les senseurs RF [S_RF] de commencer les mesures du champ radioélectrique environnant. iv. Les senseurs RF [S_RF] envoient, en continu ou suivant une périodicité définie, les mesures au serveur central [S_C]; chaque mesure est horodatée, géo-référencée par chaque senseur RF [S_RF] avant d'être envoyée. y. Les mesures de champs radioélectriques reçues par le serveur central [S_C] sont filtrées par celui-ci pour n'envoyer au contrôleur [C] que les mesures qui sont exemptes d'interférences produites par l'opération des systèmes de radiocommunication des titulaires primaires [PRI]. vi. Sur réception des mesures horodatées et géo-référencées, le contrôleur [C] compare ces mesures avec les champs électromagnétiques calculés à l'aide de modèles de propagation d'ondes radio. vii. L'usager secondaire [SEC] via l'outil d'administration [ADM_C] du contrôleur [C], ou le contrôleur [C] en fonction d'une marge d'erreur prédéfinie, termine la procédure de calibrage quand il considère que les résultats calculés par le contrôleur [C], à partir des modèles de propagation, sont suffisamment proches des mesures réelles. viii. Une fois le calibrage terminé, le contrôleur [C] utilise les modèles de propagation ainsi calibrés dans le processus de préemption du spectre radioélectrique et notamment pour le calcul des paramètres de reconfiguration des stations de base radio [S] tel que décrit par l'état de l'art. 2) Le procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que son initiation par l'usager secondaire [SEC] est déclenchée pour l'un des motifs suivants : à la mise en route d'un contrôleur ; 30 suite au déploiement de nouvelles stations de base radio de l'usager secondaire ; - suite à une modification par un titulaire primaire de son usage du spectre ; 3039961 Page 9 de manière périodique ou occasionnelle afin de mettre à jour les modèles de propagation dans des zones géographiques où la propagation des ondes radios est susceptible d'être impactée par des modifications de l'environnement (par exemple suite à de nouvelles constructions dans une zone urbaine, ou suite à un incendie important de forêt). 3) Le procédé selon l'une au moins des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est programmée en privilégiant les créneaux où le titulaire primaire [PRI] n'effectue pas de préemption (par - exemple dans le cas d'une préemption périodique) ou en envoyant une requête de calibrage au titulaire primaire, afin de donner au titulaire primaire la possibilité de choisir le moment le plus opportun pour effectuer cette procédure. 4) Le procédé selon l'une au moins des revendications précédentes, caractérisé en ce que le serveur central [S_C] associe et envoie avec chaque demande de commencer les mesures de champs électromagnétiques aux senseurs RF [S_RF] un identifiant unique pour permettre au serveur central [S_C] de gérer simultanément plusieurs demandes de calibrage provenant de contrôleurs différents. 5) Le procédé selon l'une au moins des revendications précédentes, caractérisé en ce que la demande de 15 mise en route de la procédure de calibrage inclue la zone géographique à calibrer pour permettre au serveur central [S_C] de déterminer les senseurs à activer. 6) Le procédé selon l'une au moins des revendications précédentes, caractérisé en ce que la demande de mise en route de la procédure de calibrage inclue des informations d'assistances pour la détection, par les senseurs RF [S RF], des interférences liées aux opérations du réseau de l'usager secondaire [SEC], 20 par exemple, la technologie radio utilisée (LTE, UMTS...) et son mode de transmission (FDD, TDD, ...), la fréquence centrale de la transmission, la largeur du canal de transmission, ou la liste des codes de cellules (PCI ou « Physical Cell ID ») susceptibles d'être reçus. Ces informations sont utilisées par les senseurs RF [S_RF] pour discriminer les interférences liées aux opérations du réseau de l'usager secondaire [SEC] des interférences liées aux opérations du réseau de l'usager primaire [PRI]. 25 7) Le procédé selon l'une au moins des revendications précédentes, caractérisé en ce que les senseurs RF [S_RF] mesure localement son champ électromagnétique environnant sur la ou les bandes de fréquences demandées, avec ou sans les informations d'assistances pour la détection des interférences liées aux opérations du réseau de l'usager secondaire [SEC], et envoi en continu ou suivant une périodicité définie, les mesures au serveur central [S_C]. Chaque mesure est horodatée et géo-référencée 30 par chaque senseur RF [S_RF] avant d'être envoyée. 8) Le procédé selon l'une au moins des revendications précédentes, caractérisé en ce que pour chaque mesure reçue, à l'aide des informations associées (champ mesuré, fréquence, date, heure et position géographique de la prise de mesure), le serveur central [S_C] vérifie, à partir de sa connaissance de l'usage du spectre radioélectrique par le ou les titulaires primaires [PRI] si la mesure a subi, à priori, des 35 interférences liées aux opérations des systèmes de radiocommunication des titulaires primaires [PRI]. Ceci permet au serveur central [S_C] de filtrer les mesures pour n'envoyer au contrôleur [C] à l'origine de la demande de calibrage, que les mesures qui sont exemptes d'interférences produites par l'opération des systèmes de radiocommunication des titulaires primaires [PRI]. 3039961 Page 10 9)i Le procédé selon l'une au moins des revendications précédentes, caractérisé en ce que la comparaison, par le contrôleur [C], des mesures réelles avec les champs électromagnétiques calculés à l'aide de modèles de propagation d'ondes radio fait l'objet d'un processus itératif pour lequel les paramètres des modèles de propagation utilisés sont ajustés jusqu'à ce que les calculs s'approchent des 5 mesures réelles. f0)Le procédé selon l'une au moins des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est prévu deux alternative pour le déploiement des senseurs RF [S_RF] : Une première alternative de l'invention ou les senseurs RF [S_RF] sont positionnés à proximité des sites radio de l'usager primaire [PRI]. Cette alternative permet, a priori, une meilleure 10 opportunité de calibration car le procédé va accéder à des mesures réelles effectuées proches des positions qui seront à prendre en compte par le système qui gère l'accès au spectre radioélectrique partagé. Cependant il n'est pas toujours possible, soit d'installer des senseurs RF [S_RF] à proximité des sites radio de l'usager primaire [PRI], ou simplement parce que les sites radio de l'usager primaire [PRI] ne sont pas à des positions fixes, ou connues à l'avance. Dans ce cas, une deuxième alternative de l'invention permet également le calibrage du système. Les senseurs RF [RF] sont alors positionnés à des endroits remarquables qui devront permettre de calibrer les modèles de propagation pour des situations similaires aux situations de partage attendues avec l'usager primaire [PRI].20