Brevet FR3081664A1 — publié le 20191129

Page 1 Une méthode de création des informations LSRAI (LSA Spectrum Resource Availability Information) DESCRIPTION DE L'INVENTION Description des figures La figure 1 montre un exemple d'architecture conforme à l'état de l'art du LSA. La figure 2 montre un exemple de préemption de spectre conformément à l'état de l'art du LSA. La figure 3 décrit un exemple de séquence de messages permettant de réaliser la préemption de spectre conformément à l'état de l'art du LSA illustrée par les figures 1 et 2. La figure 4 montre l'exemple d'une architecture LSA auquel est ajouté un utilisateur primaire qui déploie un réseau de télécommunications cellulaire tactique. La figure 5 représente un exemple de séquence de messages permettant de réaliser une préemption de spectre de bout en bout et conformément à l'invention illustrée par la figure 4. Description de l'état de l'art d'une carte d'environnement radio (REM) Une carte d'environnement radio ou REM (en anglais « Radio Environment Map »), représentant un environnement radio dynamique, multi-dimensionnel, et temps réel, peut être utilisée pour aider au processus de prise de décision dans de nombreuses applications de télécommunication telles que la configuration, l'optimisation, la réparation de réseaux radio, la planification radio dynamique, ou encore le partage de spectre radio pour le domaine des télécommunications civil, de sécurité et de défense. La carte d'environnement radio ou REM peut être conçue comme une base de données contenant l'information sur l'environnement radio, par. ex., la puissance reçue d'un signal radio fréquence (RF), l'affaiblissement d'un signal radio fréquence (RF) lié à sa propagation dans l'environnement physique environnant, ou encore un niveau d'interférence radio fréquence (RF) agrégé et représenté dans les dimensions spatiales, temporelles et fréquentielles. L'information qui va constituer la carte de l'environnement radio est calculée pour les dimensions spatiales, temporelles et fréquentielles à l'aide de modèles avancés de propagation RF. Ces modèles de propagation RF complexes prennent en compte une multitude de phénomènes physiques liés à la propagation des signaux RF (voir FR3020530). La carte d'environnement radio ou REM est construite à l'aide de l'information sur la topologie de déploiement des émetteurs et des récepteurs radio, à l'aide de leurs caractéristiques techniques et configurations RF, à l'aide des données sur l'environnement environnant tel que les modèles numériques de terrain, les modèles d'occupation des sols ou encombrement hors-sol, les modèles numériques de bâti, les modèles statiques de climat, de réfractivité du sol, la permittivité de l'air, et en général, de toute donnée qui interfère la propagation des signaux RF (voir FR3020529). De plus la carte d'environnement radio ou REM est enrichie avec des mesures RF ponctuelles mesurées sur le terrain ; ces mesures réelles peuvent permettre de calibrer les modèles de propagation RF et ce, en continu et en temps réel (voir FR3039961). La carte d'environnement radio ou REM peut être visualisée par exemple à l'aide d'une interface SIG (Système d'Information Géographique), afin de montrer l'information dans les dimensions spatiales, temporelles et fréquentielles. Le concept de la carte d'environnement radio ou REM a fait l'objet depuis de nombreuses années de travaux principalement académiques sans objectif d'industrialisation. Cependant pour être exploitable dans un domaine industriel, tel que le domaine des télécommunications civil, de sécurité et de défense, la carte d'environnement radio ou REM a besoin d'obtenir des résultats fiables Page 2 représentant un environnement radio proche de la réalité. Description de l'état de l'art du Licensed Shared Access (LSA) Afin de maximiser l'utilisation du spectre, de nouveaux modèles permettant de partager le spectre entre différents utilisateurs ont été définis. 5 Par exemple le LSA permet de partager le spectre entre des utilisateurs primaires et des utilisateurs secondaires. Les utilisateurs primaires ont un accès au spectre prioritaire sur les utilisateurs secondaires. Lorsque des utilisateurs primaires utilisent du spectre sur une zone géographique donnée, les émetteurs des utilisateurs secondaires, (par exemple les stations de base radio, dans le cas d'un opérateur mobile) susceptibles d'interférer sur cette zone géographique sont reconfigurés de manière à ne pas générer d'interférences sur les 10 utilisateurs primaires. Alternativement et lorsque l'utilisateur primaire utilise la même technologie radio que l'utilisateur secondaire, il peut être avantageux de réutiliser le réseau de l'utilisateur secondaire au bénéfice de l'utilisateur primaire. La figure 1 montre un exemple d'architecture conforme à l'état de l'art du LSA. Dans cette figure, un utilisateur primaire est connecté à un LR (« LSA Repository »). 15 Le LR est connecté aux LCs (« LSA Controller »). Chaque LC est chargé de traiter les demandes de préemption en provenance du LR et d'identifier les éléments du réseau devant être reconfigurés afin ne pas générer d'interférence sur l'utilisateur primaire ; cette tâche du LC peut également être partiellement réalisée par le NM (« Network Manager »), selon le découpage fonctionnel choisi par l'opérateur. Le NM, les stations de base radio (par exemple des eNodeBs ou « eNBs »), sont les éléments du réseau de 20 l'utilisateur secondaire. Ce réseau peut par exemple être un réseau 3GPP LTE. Le NM est l'entité permettant de reconfigurer les stations de base radio. Pour plus d'information sur le LSA voir les normes ETSI suivantes : ETSI TS 103 154 "System requirements for operation of Mobile Broadband Systems in the 2300 MHz -2400 MHz band under LSA", TS 103 235 "System Architecture and High-Level Procedures for 25 operation of LSA in the 2300 MHz-2400 MHz band", - ETSI TS 103 235 "System Architecture and High-Level Procedures for operation of LSA in the 2300 MHz-2400 MHz band", - ETSI TS 103 379 V1.1.1 "Information elements and protocols for the interface between LSA Controller (LC) and LSA Repository (LR) for operation of Licensed Shared Access (LSA) in the 2300 MHz-2400 30 MHz band", - ETSI TS 128 301 V14.0.0 "LTE; Telecommunication management; Licensed Shared Access (LSA) Controller (LC) Integration Reference Point (IRP); Requirements (3GPP TS 28.301 version 14.0.0 Release 14)", ETSI TS 128 302 V14.0.0 "TE; Telecommunication management; Licensed Shared Access (LSA) 35 Controller (LC) Integration Reference Point (IRP); Information Service (IS) (3GPP TS 28.302 version 14.0.0 Release 14)", ETSI TS 128 303 V14.0.0 "LTE; Telecommunication management; Licensed Shared Access (LSA) Controller (LC) Integration Reference Point (IRP); Solution Set (SS) definitions (3GPP TS 28.303 version 14.0.0 Release 14)". Page 3 La figure 2 montre un exemple de préemption de spectre conformément à l'état de l'art du LSA. La partie gauche de la figure 2 montre l'état du réseau d'un utilisateur secondaire lorsqu'il n'y a pas de préemption de spectre. Les cercles autour des stations de base radio indiquent leur couverture radio respectives. 5 Dans cette figure, une station de base radio est colorée en blanc si celle-ci est utilisée par le réseau de l'utilisateur secondaire. Une station de base radio est colorée en gris si celle-ci est éteinte. Le rectangle en pointillé indique une zone géographique de préemption, sur laquelle l'utilisateur primaire souhaite avoir accès au spectre. Dans la partie gauche de la figure 2, la demande de préemption n'a pas encore été traitée. De ce fait, toutes les 10 stations de base radio peuvent être utilisées par le réseau de l'utilisateur secondaire. La partie droite de la figure 2 montre rétat du réseau une fois que la demande de préemption a été traitée. Les stations de base radio 1, 2, et 3 sont éteintes afin de ne pas générer d'interférence sur la zone géographique de préemption illustrée en pointillés. Les stations de base radio 4 et 5 sont toujours autorisées à émettre, mais leur puissance de transmission a été 15 réduite afin de ne pas générer d'interférence sur la zone géographique de préemption. La figure 3 décrit un exemple de séquence de messages permettant de réaliser la reconfiguration de réseau illustrée par les figures 1 et 2, dans une architecture LSA. Un utilisateur primaire envoie une demande de préemption de spectre au LR. La demande de préemption de spectre au LR détaille la préemption de spectre avec des informations telles que la zone géographique, le niveau 20 d'interférence maximal toléré par l'utilisateur primaire. Le LR envoie au LC les informations LSRAI (LSA Spectrum Resource Availability Information) décrivant des informations sur les ressources pouvant soit être utilisées par l'utilisateur secondaire ou restreintes pour un usage secondaire. Le message transmis par le LR au LC peut par exemple correspondre au message « LSRAI Notification » tel que défini dans le document ETSI TS 103 379. 25 L'utilisateur secondaire, le LC dans le cas du LSA, identifie les nouveaux paramètres du réseau de l'utilisateur secondaire en fonction des nouvelles informations LSRAI reçues. Les paramètres du réseau de l'utilisateur secondaire pouvant être modifiés par le LC ou via le NM peuvent consister par exemple, pour une station de base radio donnée du réseau, en : - Une modification de la puissance de transmission, 30 - Une modification des paramètres de l'antenne, - Une modification des paramètres de priorité d'accès, - Une modification de la liste des cellules voisines (ou « neighbor cell list »), - Une modification des paramètres de « hand over », - Une modification de l'identifiant d'une cellule associée à cette station de base radio. 35 L'identification par l'utilisateur secondaire, le LC dans le cas du LSA, de ces nouveaux paramètres du réseau de l'utilisateur secondaire peut avoir notamment pour objectif : Page 4 - de modifier la couverture radio d'une station de base radio afin que celle-ci couvre tout ou partie de la zone géographique de préemption, et soit ainsi en mesure de servir les usagers du réseau de l'utilisateur primaire, lorsque cette station de base radio est située dans la zone géographique de préemption ou à proximité de celle-ci. 5 - de modifier la couverture d'une station de base radio afin de limiter les interférences de cette station de base radio sur la zone géographique de préemption, lorsque cette station de base radio est identifiée comme étant trop éloignée de la zone géographique de préemption pour pouvoir être utile à l'usager primaire. - de modifier l'accès des terminaux aux cellules d'une station de base radio afin de privilégier les usagers 10 de l'utilisateur primaire, lorsque cette station de base radio est située dans la zone de préemption ou à proximité de celle-ci. A l'étape 3, l'utilisateur secondaire, le LC dans le cas du LSA, transmet ces nouveaux paramètres au NM. Lorsque le NM est tel que défini dans une architecture 3GPP, ces paramètres du réseau de l'utilisateur secondaire peuvent être fournis au NM au travers du message « cellsConstraintsUpdate» tel que défini dans le 15 document ETSI TS 128.302. Le NM reconfigure ensuite les stations de base radio du réseau de l'utilisateur secondaire conformément à ces paramètres. Une fois que la reconfiguration du réseau de l'utilisateur secondaire a été effectuée, une confirmation est transmise à l'utilisateur primaire, via le LC et le LR (étapes 4 à 6). 20 L'utilisateur primaire peut alors se connecter aux stations de base radio qui couvrent la zone de préemption, sans recevoir d'interférences en provenance de l'utilisateur secondaire. Dans une alternative à l'étape 3 du diagramme illustré figure 3, la demande de préemption de spectre est transmise du LC au NM au travers du message « notifyZoneCreation » ou du message « notifyZoneModification » tels que définis dans le document ETSI TS 128.302. Dans cette alternative, les nouveaux paramètres du réseau 25 de l'utilisateur secondaire sont identifiés par le NM. Cependant l'état de l'art du LSA y compris les normes ETSI citées ci-dessus ne décrit pas de méthode de création des informations LSRAI (LSA Spectrum Resource Availability Information). Description de l'invention La présente invention va au-delà de l'état de l'art du LSA en décrivant non seulement une méthode de création 30 des informations LSRAI (LSA Spectrum Resource Availability Information) en fonction de l'usage du spectre demandé par un utilisateur prioritaire (appelé utilisateur primaire) au détriment de l'utilisateur courant (appelé utilisateur secondaire) ; mais, cette méthode permet aussi l'automatisation du procédé de préemption de bout en bout et en temps réel pour permettre une préemption de spectre dynamique et sans latence par un utilisateur primaire. 35 Cette méthode est caractérisée par les opérations suivantes : 1. acquisition, de préférence automatique, des données réelles de déploiement du réseau radio de l'utilisateur primaire constituées des informations des stations de base radio (par exemple des eNBs dans le cas d'un réseau 3GPP/LTE) suivantes : a. les puissances de transmission, et 40 b. les paramètres des éléments antennaires suivants : la latitude, longitude, hauteur d'antenne, l'azimut, le « downtilt », les patterns de radiation horizontaux et verticaux, le cas échéant les paramètres de « beamforming », et c. Les paramètres de priorité accès des cellules associées aux stations de base radio tels que l'ARP Page 5 ou « Allocation and Retention Priority », l'ACB ou « Access Class Barring », et d. les listes des cellules voisines ou « neighbour cell list », et e. les paramètres de « hand over » des cellules associées aux stations de base radio, et f. les identifiants des stations de base radio et des cellules associées. 5 2. à partir des données réelles collectées dans l'étape précédente, un contour de la couverture radio à protéger (ou zone de protection) dudit réseau est déterminé comme suit : a. pour chaque station de base radio, il est défini 360 radiales séparés d'un degré où chaque radial correspond à la ligne qui s'étend jusqu'à 40 km de l'emplacement de la station de base, et b. le long de chaque radial, la puissance du signal radio reçu provenant de la station de base radio 10 est calculée à des points régulièrement espacés de 30 mètres en utilisant des modèles de propagation RF, et c. le long de chaque radial, un sommet est défini à la distance qui correspond à la puissance du signal radio reçu supérieur ou égal à -106 dBm / MHz, et d. un premier contour est défini en reliant les 360 sommets, et 15 e. le contour est lissé à l'aide d'un filtre de « Hamming » d'ordre 15, et f. une fois que les contours ont été calculés pour chaque station de base radio, l'union de tous les contours est réalisée ; cette union correspond au contour de la couverture radio à protéger ; le résultat de l'union peut être des contours disjoints quand les limites individuelles par station de base radio ne se chevauchent pas. 20 3. les couvertures radio à protéger sont ensuite validées en fonction des prérogatives de l'utilisateur primaire à pouvoir préempter l'accès au spectre sur ladite zone de couverture enregistrée dans le LR, et 4. les couvertures radio à protéger sont finalement formatées sous la forme d'éléments d'information normés de l'objet LSRAI (LSA Spectrum Resource Availability Information) tel que défini par la norme ETSI TS 103 379 puis envoyées via l'interface LSA-1 au LC ; 25 La couverture radio à protéger dudit réseau est calculée à l'aide de modèles de propagation RF, des modèles numériques de terrain, des modèles d'occupation des sols ou encombrement hors-sol, des modèles numériques de bâti, des modèles statiques de climat, de réfractivité du sol, la permittivité de l'air, et en général, de toute donnée qui interfère la propagation des signaux RF. La couverture radio à protéger dudit réseau sera protégée des transmissions radio co-canal des stations de base 30 radio de l'utilisateur secondaire situées à moins de 40 km d'un point particulier dans la zone de protection dont la protection totale contre les brouillages à ce point est égale ou supérieure au niveau de protection de -90 dBm / MHz. Les éléments d'information normés de l'objet LSRAI (LSA Spectrum Resource Availability Information) pertinent à la méthode sont défini comme suit : 35 - l'objet contient une ou plusieurs zones géographique correspondant à la couverture radio à protéger calculée par la méthode ci-dessus, chaque zone de l'objet est de type « protection », - chaque zone contient : o un contour sous la forme d'un polygone, et 40 o les fréquences utilisées par l'utilisateur primaire sur ladite zone, et o le niveau de protection de ladite zone et fixé à -90 dBm / MHz, et o le ou les intervalles de temps pendant lesquels ladite zone doit être protégée. Les figures 4 et 5 permettent d'illustrer la méthode de la présente invention. La figure 4 montre l'exemple d'une architecture LSA correspondant à l'état de l'art auquel a été ajouté, comme Page 6 utilisateur primaire, un réseau de télécommunications radio cellulaire et tactique. Il est à noter que les REMs de la figure 4 représentent un choix de déploiement où la fonction REM de calcul de la couverture radio du réseau cellulaire nouvellement déployé par l'utilisateur primaire et à protéger et la fonction REM de validation de la couverture radio à protéger en fonction des prérogatives de l'utilisateur 5 primaire à préempter l'accès au spectre sur ladite zone de couverture sont hébergées respectivement dans le réseau de l'utilisateur primaire et dans le LR. Un autre choix de déploiement non représenté sur la figure 4 est de regrouper la fonction REM de calcul de la couverture radio du réseau cellulaire nouvellement déployé par l'utilisateur primaire et à protéger et la fonction REM de validation de la couverture radio à protéger en fonction des prérogatives de l'utilisateur primaire à 10 préempter l'accès au spectre sur ladite zone de couverture dans le LR. Un autre choix de déploiement non représenté sur la figure 4 est d'avoir autant de fonctions REM de calcul de la couverture radio à protéger que de stations de base radio et d'héberger directement cette fonction sur chaque station de base radio ; dans ce cas la fonction REM de validation de la couverture radio à protéger et hébergée dans le LR aura pour tâche de réaliser l'union des couvertures radio individuelles pour former la couverture 15 radio à protéger correspondent à l'ensemble du réseau déployé. Page 7 Une méthode de création des informations LSRAI (LSA Spectrum Resource Availability Information) REVENDICATIONS(REVENDICATION 1) Une méthode de création des informations LSRAI (LSA Spectrum Resource Availability Information) caractérisée par les opérations suivantes : 1. acquisition des données réelles de déploiement du réseau radio de l'utilisateur primaire constituées des informations des stations de base radio suivantes : a. les puissances de transmission, et b. les paramètres des éléments antennaires suivants : la latitude, longitude, hauteur d'antenne, l'azimut, le « downtilt », les patterns de radiation horizontaux et verticaux, le cas échéant les paramètres de « beamforming », et c. Les paramètres de priorité accès des cellules associées aux stations de base radio, et d. les listes des cellules voisines, et e. les paramètres de « hand over » des cellules associées aux stations de base radio, et f. les identifiants des stations de base radio et des cellules associées. 2. à partir des données réelles collectées dans l'étape précédente, un contour de la couverture radio à protéger (ou zone de protection) dudit réseau est déterminé comme suit : a. pour chaque station de base radio, il est défini 360 radiales séparés d'un degré où chaque radial correspond à la ligne qui s'étend jusqu'à 40 km de l'emplacement de la station de base, et b. le long de chaque radial, la puissance du signal radio reçu provenant de la station de base radio est calculée à des points régulièrement espacés de 30 mètres en utilisant des modèles de propagation RF, et c. le long de chaque radial, un sommet est défini à la distance qui correspond à la puissance du signal radio reçu supérieur ou égal à -106 dBm / MHz, et d. un premier contour est défini en reliant les 360 sommets, et e. le contour est lissé à l'aide d'un filtre de « Hamming » d'ordre 15, et f. une fois que les contours ont été calculés pour chaque station de base radio, l'union de tous les contours est réalisée ; cette union correspond au contour de la couverture radio à protéger ; le résultat de l'union peut être des contours disjoints quand les limites individuelles par station de base radio ne se chevauchent pas. 3. les couvertures radio à protéger sont ensuite validées en fonction des prérogatives de l'utilisateur primaire à pouvoir préempter l'accès au spectre sur ladite zone de couverture enregistrée dans le LR, et 4. les couvertures radio à protéger sont finalement formatées sous la forme d'éléments d'information normés de l'objet LSRAI (LSA Spectrum Resource Availability Information) tel que défini par la norme ETSI TS 103 379 puis envoyées via l'interface LSA-1 au LC ; (REVENDICATION 2) La méthode selon la revendication 1 dans laquelle ladite couverture radio à protéger dudit réseau est calculée à l'aide de modèles de propagation RF, des modèles numériques de terrain, des modèles d'occupation des sols ou encombrement hors-sol, des modèles numériques de bâti, des modèles statiques de climat, de réfractivité du sol, la permittivité de l'air, et en général, de toute donnée qui interfère la propagation des signaux RF. (REVENDICATION 3) La méthode selon la revendication 1 dans laquelle ladite couverture radio à protéger dudit réseau sera protégée des transmissions radio co-canal des stations de base radio de l'utilisateur secondaire situées à moins de 40 km Page 8 d'un point particulier dans la zone de protection dont la protection totale contre les brouillages à ce point est égale ou supérieure au niveau de protection de -90 dBm / MHz. (REVENDICATION 4) La méthode selon la revendication 1 dans laquelle lesdits éléments d'information normés de l'objet LSRAI 5 (LSA Spectrum Resource Availability Information) sont définis comme suit : - l'objet contient une ou plusieurs zones géographique correspondant à la couverture radio à protéger, chaque zone de l'objet est de type « protection », - chaque zone contient : o un contour sous la forme d'un polygone, et 10 o les fréquences utilisées par l'utilisateur primaire sur ladite zone, et o le niveau de protection de ladite zone et fixé à -90 dBm / MHz, et o le ou les intervalles de temps pendant lesquels ladite zone doit être protégée. (REVENDICATION 5) La méthode selon la revendication 1 dans laquelle lesdites étapes 1, 2 sont réalisées par une REM hébergée dans 15 le réseau de l'utilisateur primaire et lesdites étapes 3 et 4 sont réalisées par une REM hébergée dans le LR, ou alternativement lesdites étapes 1, 2a à 2e sont réalisées par une REM hébergée dans chaque station de base radio du réseau de l'utilisateur primaire et lesdites étapes 2f, 3 et 4 sont réalisées par une REM hébergée dans le LR, ou alternativement lesdites étapes 1, 2, 3 et 4 sont réalisées par une REM hébergée dans le LR