Brevet FR3059197A1 — publié le 20180525

Procédé d'allocation de ressources dans un réseau d'accès, station de base, produit programme d'ordinateur et support d'information correspondants. Domaine de l'invention La présente invention se rapporte au domaine des télécommunications. Au sein de ce domaine, l'invention se rapporte plus aux réseaux d'accès comprenant plusieurs stations de base et plus particulièrement mais pas uniquement aux réseaux d'accès hétérogènes comprenant des stations de base macro et des stations de base pico. Un réseau d'accès à un système de télécommunication comprend des points d'accès qui font l'interface entre des terminaux et le réseau d'accès. Dans un réseau d'accès cellulaire, parfois dit réseau mobile, les points d'accès sont communément appelés stations de base. Dans un réseau WiFi, le terme point d'accès est couramment utilisé. De manière générale, les réseaux d'accès sont confrontés à une demande croissante d'établissements de communication à partir de terminaux qu'ils soient mobiles, fixes ou plus ou moins fixes. Une utilisation optimale de la ressource spectrale conduit à utiliser des équipements full-duplex capables donc d'émettre et de recevoir simultanément sur la même bande fréquentielle. Toutefois, l'auto-interférence (self-interference (SI) selon la terminologie anglosaxonne) qui se produit entre l'émission et la réception d'un même équipement limite l'utilisation de cette technique pour des raisons de complexité. Art antérieur [5] étudie l'allocation de ressources dans un réseau cellulaire de type full-duplex OFDMA. Selon le réseau d'accès considéré illustré par la figure 1, pour la cellule de la station de base il y a Mi communications montantes et Ni communications descendantes. Dit autrement, il y a Mi utilisateurs UU ou mobiles qui émettent une communication montante vers la station de base. Et il y a Ni utilisateurs ou mobiles DU qui reçoivent une communication descendante depuis la station de base. La station de base est équipée d'une antenne flux duplex pour émettre et recevoir simultanément des communications descendantes et des communications montantes. Les mobiles sont considérés comme équipés d'une antenne half-duplex (HD) qui ne permet pas d'émettre et recevoir simultanément pour limiter la complexité du matériel (hardware). Cette étude est limitée à un réseau d'accès avec une seule station de base. Exposé de l'invention L'invention propose une technique d'allocation de ressources adaptée à un réseau d'accès à plusieurs stations de base. 3059197 2 L'utilisation de l'invention au sein d'un réseau d'accès à plusieurs stations de base, en particulier hétérogène, permet d'assurer une maximisation du débit somme tout en évitant des interférences sévères aux cellules voisines (intercells interference selon la terminologie anglosaxonne). L'invention vise à maximiser le débit de chaque cellule via l'optimisation conjointe du couplage 5 des utilisateurs d'émission et de réception, l'affectation d'une porteuse et l'attribution de puissance d'émission tout en évitant de graves interférences vers les récepteurs des cellules voisines. L'invention a pour objet un procédé d'allocation de porteuse k et de détermination de puissance émise pour Mi communications montantes et Ni communications descendantes entre des mobiles halfduplex et une station de base i parmi L stations de base d'un réseau d'accès full-duplex, une bande 10 fréquentielle de K porteuses étant allouée pour les L stations de base avec un accès au canal de transmission de type OFDMA, pour maximiser un débit somme du réseau d'accès. Le procédé considère le Lagrangien dual du débit somme en faisant apparaître dans l'expression du Lagrangien des variables {yin} et )L multiplicatives respectivement d'une contrainte sur les puissances émises par les mobiles{ m }, m = 1, ...Mi, et d'une puissance émise par une station de base i. Pour une station de 15 base i déterminée, le procédé initialise les valeurs des variables {An} et )L et de manière itérative, le procédé : détermine de manière exhaustive pour chaque porteuse k, pour toutes paires (m, n) de communications montante depuis le mobile m et descendante vers un mobile n, les puissances d'émission de la station de base i et du mobile m sous contrainte d'une 20 interférence intercellulaire impactant les L -1 autres stations de base et les mobiles en communication avec ces stations de base, 1 m Mi, 1 2 . 10 Sur la base du théorème, le problème d'allocation de puissance donné par la relation (15), peut être décomposé en trois sous-problèmes décrits ci-après. Sous-problème 1: si ;lm ;lm , alors la puissance optimale est égale à Pm,k,i =0 . Donc, le problème d'allocation de puissance donné par la relation (15) peut être écrit sous la forme : rnax log ( hdd 2 d (16) d Pn,k,i () 1+ n,k,iPn,k,i Pn,k,i (16a) 15 sous contrainte que d Qk 0 et Z2 > 0. Pour résoudre le problème d'allocation de puissance exprimé par la relation (25), il faut d'abord examiner 15 s'il existe ou pas un point stationnaire [P:; P; rendant Z1 > 0 et Z2 > 0 pour F(Vp). En fixant = 0 et - = 0 [Zi* ; Z2 - - à " 2 associé pl ; p2 1 peut être obtenu par : hi/Z1+h4/Z2 =Y,, h3/Z1-1-h2/Z2 ir- (26) Plusieurs cas peuvent être distingués. Cas 1 : Si Zil` > 0 et ZI` 0 alors il existe un point pl ; P2 unique pour F(Vp) ; et pl ; P2 (25) (25a) (25b) api ap2 20 peut être obtenu en résolvant le groupe d'équations suivant : 3059197 13 +h3P2 +1 = h4p1 + h2p2 +1 Z;.- (27) Le point [pis; p2 étant connu, l'allocation de puissance optimale vérifiant la relation (25) peut être dérivée en analysant la localisation relative de pi; P2 et de la région des points potentiels définie par les relations (25a) et (25b). Les régions des points potentiels sont illustrées par les figures 4a-4e. 5 Sur ces figures, la contrainte (25b) est représentée par un trait en pente. Pour différents paramètres, il y a cinq formes possibles pour la région des points potentiels comme représentées sur les figures 4a-4e. Dans la suite, l'allocation de puissance optimale vérifiant la relation (25) est déterminée pour chacun des scénarios illustrés par les différentes figures 4a-4e. Scénario 1 : La région des points potentiels correspond à la zone ombrée de la figure 4a pour 10 laquelle : (pma.x pmax > max m,t b,i gll m,i Qk (qui correspond à la zone de localisation 5b sur les figures 4a-4e) alors Vi;1+1) doit se situer sur la frontière C-D, D-B, A-C ou A-B pour la figure 4a, n g1 ± hiQk , g1 +h4Qk , /3 h3g1 hig2 R _h2gi -h4g2 411, 4c ou 4e. Soient qi , t-'2 g1 g1 g1 g1 3059197 15 et fi = ;lm/ g23g1 ln 2 En substituant pi = Qk-92P2 91 dans l'équation (25), le problème d'allocation de puissance devient : rnax {log (711+ P2) + log (712 + AP2) AP21 Vp min Qk (qui correspond à la zone de localisation 9b sur les figures 4a-4e) alors V(1+1) doit se situer sur une des frontières 0-B , B-C et C-D pour la figure 4a ou sur une des frontières O-B , B-C et C-A pour la figure 4c. Par conséquent, il faut d'abord obtenir les solutions optimales des problèmes (28) sous contrainte que 0 P rnc x pour O-B, (29) sous contrainte que 0 5 p2 Qk (qui correspond à la zone de localisation 6b sur les figures 4a-4e) alors Vp(1+1) doit se situer sur une des frontières B-C et C-D pour la figure 4a ou 15 sur une des frontières B-C et C-A pour la figure 4c. Par conséquent, il faut d'abord obtenir les solutions optimales des problèmes (29) sous contrainte que 0 p2 pl2ni" et pl2ni" donnée par (33h) et (30) avec la contrainte (30a) en prenant en donnée par (33b) et en prenant prax = ppiax pour la figure 4a ou pTax = Qk/g2 pour la figure 4c. Ensuite, il faut choisir la valeur Vp qui donne la plus grande valeur pour F(Vp) et retenir cette valeur Vp comme étant la valeur de 20 Si Pinin,clx (2k (nui correspond à la zone de localisation 2b Qk (qui correspond à la zone de localisation lb sur les figures 4a-4e) alors v(1+1) doit se situer sur une des frontières C-D, A-D et O-A pour la figure 4a et sur une des frontières B-D, A-D et O-A pour la figure 4b. Par conséquent, il faut d'abord obtenir les solutions optimales du problème (31) pour A-D avec la contrainte (31a) en prenant pinin donnée par (33a), du problème (32) pour O-A avec la contrainte 0 p2 Q k g 1Pmlir > Qk et Dmax g 21 b,i Qk . Cette région est un cas particulier de celle obtenue avec le scénario 1 lorsque les intersections C et B coïncident l'une avec l'autre, c'est-à-dire que pi = Qk / g1 et P2 n = 0 De manière similaire au scénario 1, le problème (25) est résolu en analysant toutes les localisations Vp(1+1) doit se situer sur une des frontières C-D et A-D pour la figure 4a et 3059197 18 possibles du point [pi'; P; comme illustré par la figure 4b. Les localisations possibles de V(1+1) P correspondant à chaque localisation de [pi'; P; sont rassemblées dans le tableau 2a en annexe A. En particulier, les solutions optimales sur les frontières O-B, B-D, A-D et 0-A peuvent être obtenues en résolvant respectivement les problèmes (28), (30), (31) et (32). Par rapport au Scénario 1, le 5 Scénario 2 trouve les nouvelles localisations 6, 8a, 8b et 9; toutes les autres localisations ont été analysées dans la partie liée au Scénario 1. Nous allons considérer ces nouvelles localisations dans la suite. Possédant le point [ pi'; p; venu de la résolution de (27), les différentes localisations . , possibles de [ pi ; P2 devraient conduire à différentes solutions. SiDmax , pil, 0 Qk (qui correspond à la zone de localisation 6 -' in,i ---- =-- b,t ' 10 sur les figures 4b et 4e) alors frontière B-A pour la figure 4e. Par conséquent, il faut d'abord obtenir la solution optimale du problème (30) avec la contrainte (30a) en prenantmin = p2 - 0 et en prenant pz a x Pb ax pour la figure 4b ou pi2nax = Qk/g2 pour la figure 4e. Ensuite, il faut retenir cette valeur Vp comme étant la valeur de V(t+i) . La localisation 6 se trouve aussi sur la figure 4d où le point pi ; P2 sera en 15 cadré par Pmmr Qk Cette 117 > Qk glP.,i Qk (qui correspond à la zone de localisation 1 ou 4b sur les 20 figures 4c et 4e) alors Vp(1+1) doit se situer sur une des frontières 0-A et A-C pour la figure 4c et 0-A et A-B pour la figure 4e. Par conséquent, il faut d'abord obtenir les solutions optimales des problèmes pz ax (32) avec la contrainte (32a) en prenant (2k/g_2 et (30) avec la contrainte (30a) en prenant pax = Qk /g2 et p72nin de (33b) pour A-C et pi2nin = 0 pour A-B. Ensuite, il faut choisir la valeur V qui donne la plus grande valeur pour F(Vp) et retenir cette valeur Vp comme étant la valeur de Vp(1+1) 25 La localisation 1 se trouve aussi dans la figure 4d où elle est encadrée par pii Qk (qui correspond à la zone de localisation 2 sur les figures 4c et 4e) alors Vp(1+1) doit se situer sur la frontière A-C pour la figure 4c et A-B pour la 5 figure 4e. Par conséquent, il faut d'abord obtenir la solution optimale du problème (30) avec la contrainte (30a) en prenant pi2nax = Qk/g2 pi2nin et de (33b) pour A-C et pl2ni" = 0 pour A-B ; ensuite, il faut retenir cette valeur Vp comme étant la valeur de p;1+1) La localisation 2 se trouve aussi dans la figure 4d où elle est encadrée par 0 p'i pax P'2 et V et g2Pb,,i > Qk. Cette région est un cas particulier de celle du scénario 1 et correspond au cas où les intersections A et B coïncident respectivement avec les max minMin - intersections D et C. Par conséquent, pl = / g1 , = 0, p2" = Qk / g2 et P2 . 5 Les localisations possibles de Vp(1+1) sont rassemblées dans le tableau 2(d) en Annexe A. En particulier, les solutions optimales sur les frontières 0-B, A-C et O-A peuvent être obtenues en résolvant respectivement les problèmes (28), (30), et (32). Toutes les localisations ont été analysées dans les parties liées aux Scénarios 1, 2, 3 et 4. Cas 2 : Si z1 O. Ainsi, si m - ;lm alors - REVENDICATIONS1. Procédé (1) d'allocation de porteuse (k) et de détermination de puissance émise pour Mi communications montantes (UUs) et Ni communications descendantes (DUs) entre des mobiles half-duplex et une station de base i parmi L stations de base (Pico-BS) d'un réseau d'accès full- duplex, une bande fréquentielle de K porteuses étant allouée pour les L stations de base avec un accès au canal de transmission de type OFDMA, pour maximiser un débit somme du réseau d'accès, caractérisé en ce que le procédé considère le Lagrangien duale du débit somme en faisant apparaître dans son expression des variables {yin} et À multiplicatives respectivement d'une contrainte sur les puissances émises par des mobiles {m}, m = 1, ... Mi, et d'une puissance émise par une station de base i, et en ce que pour une station de base i déterminée, le procédé initialise les valeurs des variables {yin} et À et de manière itérative, le procédé : détermine de manière exhaustive pour chaque porteuse k, pour toutes paires (m, n) de communications montante depuis le mobile m et descendante vers un mobile n, les puissances (n d'émission de la station de base i et du mobile m sous contrainte d'une interférence intercellulaire impactant les L - 1 autres stations de base et les mobiles en communication avec ces stations de base, 1 2. Procédé (1) d'allocation de porteuse selon la revendication 1 dans lequel l'expression de la contrainte d'interférence intercellulaire est la suivante : (gk,i °k,i)TPk,i Qk,Vk avec k 3`1 .Okt Cl cm 1+1 expression dans laquelle : gk,i = [go,k,i; ...; m 1,k,i] est un vecteur des estimations maximales des canaux interférents entre chaque émetteur m E {0, ..., Mi} de la cellule i E (1,..,L) et tous les récepteurs n E 10, ..., Ni) de la cellule j E {1,.., j # i, pour la porteuse k et où l'indice 0 pour m et n représente la station de base respectivement des cellules i et j, 3059197 30 k ,i est une borne d'une erreur d'estimation des canaux interférents pour la porteuse k et la cellule i, cl, ..., cmi+i est un vecteur de poids déterminés, Ni d ',u ,,,u P k,i n=1Pn,k,i ; 1-'1,k,i; - - - ; bk,i1 est un vecteur de puissances d'émission pour la porteuse k avec v 'd p',k,i la somme des puissances allouées pour les communications descendantes entre la station 5 de base i et les récepteurs n E {1, ..., Ni} et montante entre l'émetteur m E 1, , Mi et la station de base i, Q k un seuil déterminé de puissance pour la porteuse k. 3. Procédé (1) d'allocation de porteuse selon la revendication précédente dans lequel le seuil Q k de puissance pour la porteuse k est égal à un niveau de puissance de bruit pour cette porteuse et dans 10 lequel chaque poids cm du vecteur de poids cl, ..., cmi+i est égal à 1/(ven,k,i) avec I; une constante. 4. Procédé (1) d'allocation de porteuse selon la revendication 1 dans lequel le procédé détermine des seuils pin et ;1'. pour les variables yin et )L au-delà desquels la puissance optimale d'émission est nulle respectivement pour le mobile m et pour la station de base i et dans lequel lorsque les deux 15 variables yin et )L sont respectivement inférieures aux deux seuils pin et ;1'. alors la détermination des puissances d'émission est effectuée au moyen d'un algorithme concave-convexe (CCCP). 5. Station de base (BS) d'un réseau d'accès full-duplex comprenant L -1 autres stations de base reliées à la station de base par un lien haut-débit, comprenant un calculateur adapté pour la mise en oeuvre d'un procédé (1) d'allocation de porteuse (k) et de détermination de puissance émise 20 pour Mi communications montantes (UU) et Ni communications descendantes (DU) entre des mobiles half-duplex et une station de base parmi les L stations de base (ou Pico-BS) du réseau d'accès, une bande fréquentielle de K porteuses étant allouée pour les L stations de base avec un accès au canal de transmission de type OFDMA, pour maximiser un débit somme du réseau d'accès, caractérisé en ce que le procédé considère le Lagrangien duale du débit somme en faisant 25 apparaître dans son expression des variables {yin} et )L multiplicatives respectivement d'une contrainte sur les puissances émises par des mobiles {m}, m = 1, ... Mi, et d'une puissance émise par une station de base i, et en ce que pour une station de base i déterminée, le procédé initialise les valeurs des variables {yin} et )L et de manière itérative, le procédé : détermine de manière exhaustive pour chaque porteuse k, pour toutes paires (m, n) de 30 communications montante depuis le mobile m et descendante vers un mobile n, les puissances (n nd,k,i,Pmu ,k,i) d'émission de la station de base i et du mobile m sous contrainte d'une interférence intercellulaire impactant les L - 1 autres stations de base et la puissance allouée pour la communication 3059197 31 les mobiles en communication avec ces stations de base, 1 6. Réseau d'accès comprenant au moins une première station de base selon la revendication précédente et L autres stations de base avec toutes les stations de base en full-duplex. 10 7. Réseau d'accès selon la revendication précédente dans lequel la première station de base est de type macro et les L autres stations de base sont de type pico. 8. Produit programme d'ordinateur sur un support d'informations, ledit programme comportant des instructions de programme adaptées à la mise en oeuvre d'un procédé d'allocation de porteuse (k) et de détermination de puissance émise selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 lorsque 15 ledit programme est chargé et exécuté dans une station de base destinée à mettre en oeuvre le procédé d'allocation de porteuse (k) et de détermination de puissance émise. 9. Support d'informations comportant des instructions de programme adaptées à la mise en oeuvre d'un procédé d'allocation de porteuse (k) et de détermination de puissance émise selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 lorsque ledit programme est chargé et exécuté dans une 20 station de base destinée à mettre en oeuvre le procédé d'allocation de porteuse (k) et de détermination de puissance émise.