MÉTODO PARA CONTROLE COORDENADO DE RECURSOS DE RÁDIO EM UMSISTEMA SEM FIO DISTRIBUÍDO
HISTÓRICO DA INVENÇÃO
1. CAMPO DA INVENÇÃO
Esta invenção relaciona-se genericamentetelecomunicação e, mais particularmente, à comunicação semfio.
DESCRIÇÃO DA TECNOLOGIA RELACIONADA
No campo da telecomunicação sem fio, como a telefoniacelular, um sistema típico 100, como é mostrado na Figura1, é uma arquitetura hierárquica e inclui uma pluralidadede estações base 130 (por exemplo, Nós B) distribuídasdentro de uma área a ser servida pelo sistema. Váriosterminais de acesso 12 0 (ATs, também conhecidos comoequipamento do usuário (UE), dispositivos móveis, eassemelhados) dentro da área poderão então acessar osistema e, assim, outros sistemas de telecomunicaçãointerconectados, como um sistema de telefonia comutadapública (PDSN) 164 em uma rede de cerne 165. Cada RNC 138 ePDSN 164 é capaz de suportar uma pluralidade de estaçõesbase 130. Assim, à medida que o AT 120 se desloca ecomunica com diferentes estações base 130, ele tambémpoderá comunicar com diferentes RNCs 138 e PDSNs 164.
O enlace sem fio entre os ATs 120 e as estações base120 é tipicamente referido como o enlace de rádio e, emsistemas como o Universal Mobile Telephone System (UMTS -Sistema de Telefonia Móvel Universal), boa parte dacoordenação do enlace de rádio é tratada pelas RNCs 138 demaneira relativamente centralizada. Por exemplo,transferências dos ATs 120 de uma estação base 130 paraoutra é determinado pelos RNCs 138. De maneira similar,devido a sua proximidade uma da outra, as estações base 120podem gerar sinais que interferem uns com os outros. Emalgumas aplicações, os RNCs 13 8 controlam as transmissõesdas várias estações base 130 para reduzir ou minimizar estetipo de interferência.
No entanto, a indústria pretende que o UMT S evoluapara longe da utilização de RNCs 13 8 com uma arquiteturadistribuída de Radio Resource Management (RRMGerenciamento de Recurso de Rádio). A complexidade dastransferências e a mitigação da interferência aumenta naarquitetura RRM distribuída, pois as funções RRM estãolocalizadas em diferentes localizações físicas.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
A presente invenção é direcionada a confrontar osefeitos de um ou mais dos problemas explicitados acima. 0que segue apresenta um resumo simplificado da invenção parafornecer uma compreensão básica de alguns aspectos dainvenção. Este resumo não é uma visão geral abrangente dainvenção. Não se pretende identificar elementos chaves oucríticos da invenção ou delinear o escopo da invenção. Suaúnica finalidade é apresentar alguns conceitos de formasimplificada como um prelúdio à descrição mais detalhadaque é discutida posteriormente.
Em um aspecto da invenção em tela, é fornecido ummétodo para coordenar o gerenciamento de recursos de rádiodistribuídos. O método compreende comunicar informaçãoentre uma pluralidade de unidades tendo responsabilidadesde gerenciamento de recursos de rádio, em que a informaçãocomunicada é relacionada a recursos de rádio associados acada unidade.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
A invenção poderá ser compreendida por referência àdescrição seguinte tomada em conjunto com os desenhosacompanhantes, em que números de referência iguaisidentificam elementos iguais, e em que:
A Figura 1 é um diagrama de blocos de um sistema decomunicação da tecnologia anterior, como o Universal MobileTelephone System (UMTS - Sistema de Telefonia MóvelUniversal) de acordo com uma versão da presente invenção.
As Figuras 2A e 2B são diagramas de blocos de umaparcela de um sistema de comunicação, como o UMTS Long TermEvolution (LTE - Evolução a Longo Prazo) em que a presenteinvenção poderá encontrar aplicação. E
A Figura 3 é uma versão de uma representação emfluxograma de um método que poderá ser utilizado paracoordenar recursos de rádio.
Embora a invenção seja suscetível a váriasmodificações e formas alternativas, versões específicas da mesma foram mostradas por meio de exemplo nos desenhos esão aqui descritas em detalhe. No entanto, deve-secompreender que a descrição aqui apresentada de versõesespecíficas não pretende limitar a invenção às formasparticulares reveladas, mas pelo contrário, a intenção écobrir todas as modificações, equivalentes, e alternativasque se enquadram dentro do espírito e escopo da invençãoconforme definida pelas reivindicações apensas.
DESCRIÇÃO DETALHADA DE VERSÕES ESPECÍFICAS
Versões ilustrativas da invenção são descritas abaixo.No interesse da clareza, nem todos os recursos de umaimplementação real são descritas nesta especificação.
Naturalmente, será apreciado que no desenvolvimento dequalquer uma dessas versões reais, numerosas decisõesespecíficas da implementação poderão ser tomadas paraalcançar as metas específicas dos desenvolvedores, como ocumprimento a restrições relacionadas ao sistema e aonegócio, que poderá variar de uma implementação para outra.
Ademais, será apreciado que tal esforço de desenvolvimentopode ser complexo e consumidor de tempo, mas apesar dissoseria uma realização rotineira para aqueles de habilidadeordinária na tecnologia tendo o benefício desta revelação.
Parcelas da presente invenção e descrição detalhadacorrespondente são apresentadas em termos de software, oude algoritmos e representações simbólicas das operações embits de dados dentro de uma memória de computador. Essasdescrições e representações são aquelas pelas quais aquelesde habilidade ordinária na tecnologia transmitemefetivamente a substância de seu trabalho para outros dehabilidade ordinária na tecnologia. Um algoritmo, como otermo é aqui utilizado, e como ele é utilizado em geral, éconcebido como sendo uma seqüência auto-consistente deetapas que levam a um resultado desejado. As etapas sãoaquelas que exigem manipulações físicas de quantidadesfísicas. Normalmente, mas não necessariamente, essasquantidades tomam a forma de sinais ópticos, elétricos, oumagnéticos capazes de serem armazenados, transferidos,combinados, comparados, e de outra forma manipulados.
Provou ser conveniente em ocasiões, principalmente porrazões de utilização comum, referir a esses sinais comobits, valores, elementos, símbolos, caracteres, termos,números, ou assemelhados.
No entanto, deve-se ter em mente que todos esses etermos similares devem ser associados às quantidadesfísicas apropriadas e são meramente rótulos convenientesaplicados a essas quantidades. A menos que de outra formaespecificamente declarado, ou conforme seja aparente dadiscussão, termos como "processar" ou "computar" ou"calcular" ou "determinar ou "exibir" ou assemelhados,referem-se à ação e processos de um sistema de computador,ou dispositivo de computação eletrônica similar, quemanipula e transforma dados representados como quantidadesfísicas eletrônicas dentro dos registradores e memórias dosistema de computador em outros dados representados demaneira similar como quantidades físicas dentro dasmemórias ou registradores do sistema de computador ou outroarmazenamento de informação desses, ou dispositivos detransmissão ou de exibição.
Observe também que os aspectos do softwareimplementado da invenção são tipicamente codificado emalguma forma de meio de armazenamento de programa ouimplementado por algum tipo de meio de transmissão. 0 meiode armazenamento do programa poderá ser magnético (porexemplo, um disco flexível ou uma unidade de disco rígido)ou óptico (por exemplo, uma memória de apenas leitura dedisco compacto, ou "CD ROM"), e poderá ser de apenasleitura ou de acesso aleatório. De maneira similar, o meiode transmissão poderá ser pares de fios torcidos, cabocoaxial, fibra óptica, ou algum outro meio de transmissãoadequado conhecido da tecnologia. A invenção não é limitadapor esses aspectos de qualquer implementação dada.A presente invenção será descrita agora com referênciaàs Figuras anexas. Várias estruturas, sistemas edispositivos são representados esquematicamente nosdesenhos apenas para a finalidade de explanação e de modo anão obscurecer a presente invenção com detalhes que são bemconhecidos daqueles habilitados na tecnologia. Apesardisso, os desenhos anexos são incluídos para descrever eexplicar exemplos ilustrativos da presente invenção. Aspalavras e frases aqui utilizadas devem ser compreendidas einterpretadas como tendo um significado consistente com acompreensão dessas palavras e frases por aqueleshabilitados na tecnologia relevante. Nenhuma definiçãoespecial de termo ou de frase, isto é, uma definição queseja diferente do significado ordinário e costumeiroconforme compreendido por aqueles habilitados natecnologia, pretende-se que seja obtido pela utilizaçãoconsistente aqui do termo ou frase. No grau em que um termoou frase pretende ter um significado especial, isto é, umsignificado que não aquele compreendido por artesãoshabilitados, essa definição especial será expressamenteapresentada na especificação de como definição que fornecedireta e inequivocamente a definição especial para o termoou frase.
Passando agora para os desenhos, e especificamente comreferência à Figura 2A, é ilustrado um sistema decomunicação 200, de acordo com uma versão da presenteinvenção. Para fins de ilustração, o sistema de comunicação200 da Figura 2 ê um Universal Mobile Telephone System(UMTS - Sistema de Telefonia Móvel Universal) Long TermEvolution (LTE - Evolução a Longo Prazo) , embora dèva sercompreendido que a presente invenção poderá ser aplicada aoutros sistemas que suportam a comunicação de dados e/ou devoz. 0 sistema UMTS LTE 200 tem algumas similaridades com osistema UMTS 100 da Figura 1, mas difere substancialmente com relação à operação da invenção em tela com relação àsestações base 130 e RNCs 138. O sistema de comunicação 200permite que um ou mais ATs 12 0 comuniquem-se com um ou maisNós B aprimorados (eNodeB) 230. Uma pluralidade de eNodeBs230 é acoplada a um Portal de Acesso (ASGW) 238. 0 ASGW 238é então responsável para a comunicação com o PSTN 160 e/oua Rede de Dados 125 (veja a Figura 1) . Funcionalmente, osistema de comunicação 200 difere do sistema de comunicação100 de pelo menos o ponto de vista do gerenciamento dorecurso de rádio RRM. No sistema de comunicação 10 0, o RRM foi essencialmente efetuado pelo RNC 138. No sistema decomunicação 200, entretanto, a funcionalidade RRMfoidistribuída para os eNodeBs 230.
Assim, deve ser apreciado que um esquema RRMcoordenado para o sistema de comunicação 200 poderá serútil em pelo menos dois casos. Primeiro, para reduzir ainterferência causada pelas transmissões de eNodeBs 230adjacentes ou próximos, e segundo durante as transferênciasdos ATs 12 0 de um eNodeB 23 0 para outro.
Um esquema RRM coordenado define o mecanismo para o gerenciamento de recurso de rádio conjunto e otimização dedesempenho entre células quando as funções RRM sãodistribuídas e um mínimo de retardo de sinalização énecessário no LTE. O esquema RRM coordenado permite acoordenação entre funções RRM diferentes para efetuar oprocedimento de transferência e a tecnologia de coordenaçãoda interferência ao mesmo tempo na estrutura RRMdistribuída.
Decisões RRM multi-celular, como a transferência combase na carga e a reconf iguração da coordenação dainterferência durante a transferência são recursos úteis naarquitetura UMTS LTE. Tomar decisões RRM com base emmúltiplas células beneficiaria a alocação de recursos gerale o desempenho do sistema. Entretanto, é muitas vezesbenéfico evitar decisões RRM competidoras em potencialquando múltiplas células são consideradas. A questãopotencial de pontos RRM competidores poderia ser evitada aocoordenar a decisão RRM entre as funções RRM, que é um dosobjetivos do esquema RRM coordenado proposto.
Em uma versão da invenção em tela, o esquema RRMcoordenado define o protocolo de comunicação inter-RRM,elementos de recurso de rádio e funções para ogerenciamento conjunto, e a função de decisão para ogerenciamento de recursos de rádio conjunto. As funçõesdefinidas no esquema RRM coordenado permitiria que osistema efetue o gerenciamento de recurso juntamente em umagrupamento e evite ou pelo menos reduza substancialmentequalquer decisão competidora entre as funções RRM. Osesquemas RRM coordenados efetuam a coordenação depossivelmente RRM muiti-fornecedor em um agrupamento semespecificar o algoritmo RRM específico que processa em cadanó distribuído.
Uma função do esquema RRM coordenado envolve oestabelecimento de um protocolo para a comunicação inter-RRM. As funções RRM na estrutura de rede hierárquica sãonormalmente em uma localização centralizada (por exemplo,RNC) com sub-funções distribuídas nos nós distribuídos (porexemplo, gerenciamento de energia no HSDPA na estação base)no UMTS. A comunicação inter-RRM é uma comunicação cliente-servidor, um-a-um entre a estação base e o RNC. A maioriadas funções RRM estão localizadas no RNC. Entretanto, comoa maioria das funções RRM previstas no UMTS LTE estãolocalizadas no eNodeB 230, a comunicação inter-RRM poderáser um projeto de protocolo distribuído com múltiplascapacidades. O protocolo de comunicação inter-RRM no UMTSLTE poderá suportar a comunicação par-a-par, um-para-muitos, e a comunicação de difusão.
A comunicação par-a-par permite comunicação inter-RRMque envolve a negociação direta entre dois eNodeBs 23 0 emum agrupamento sem passar pelo nó centralizado (servidorRRM ou RNC). A capacidade de comunicação par-a-par deveriareduzir o retardo de processo e juntamente otimizar ocontrole de recusros de sistem. Um exemplo típico decomunicação RRM par-a-par é a trasferencia entre dois nóseNodeBs 230. A comunicação RRM direta entre dois nóseNodeBs 230 deveria agilizar o processo de transferência ereduzir a degradação de performance potencial durante atransferência.
A capacidade de comunicação um-para-muitos permite aoeNodeB 230 ter negociação inter-RRM com muitos outros nósao mesmo tempo. A comunicação RRM um-para-muitos poderá serutilizada para minimizar a probabilidade de decisõescompetidoras entre os nós com relacionamento a umgerenciamento de recursos de rádio. Um exemplo típico dacomnicação RRM um-para-muitos é a alocação de recurso paraa mobilidade do usuário. O disparo inicial da solicitaçãode transferência envolveria o eNodeB servidor 230 disparara solicitação de transferência diretamente a todos os nósenvolvidos ao mesmo tempo.
A capacidade de comunicação de difusão permite aoeNodeB 230 irradiar uma solicitação dos parâmetros dereconfiguração para outras funções RRM no agrupamento aomesmo tempo. A capacidade de difusão permite ao RRMdisparar uma solicitação de imediato a outros RRMs doagrupamento para qualquer mudança de configuração. Oexemplo típico da capacidade de difusão no protocolo decomunicação inter-RRM é a reconfiguração do esquema demitigação da interferência quando um RRM detecta umacondição anormal ou grave degradação no esquema demitigação de interferência em uso.
A comunicação inter-RRM poderá especificar asentidades necessárias para a otimização dos recursos derádio conjuntos. As entidades RRM poderão ser pré-configuradas ou solicitadas por demanda entre RRMs semespecificar o algoritmo RRM exato em cada nó. As entidadesde recurso de rádio As entidades de recurso de rádiopoderiam ser o pedaço (chunk) de freqüência, o nível deinterferência, a carga da célula, a portadora de rádio,medição, etc. As entidades de recurso de rádio sãodefinidas para auxiliar à função RRM gerenciar seu própriorecurso com informação de rádio de outras células.
A função de decisão é um algoritmo para calcularindependentemente os valores ou estatísticas com base nasentidades RRM recebidas para a tomada de decisão daconfiguração e controle do recurso de rádio. A função dedecisão poderá ser independente do algoritmo RRM para acomunicação RRM inter-fornecedor. A função de decisãopoderá ser especificada para disparar a reconfiguração ou arealocação do recurso de rádio. Um exemplo geral da funçãode decisão é a função limite para a transferência. A funçãode decisão poderia ser especificada com o valor limite dedisparar a transferência sendo enviado entre os eNodeBs 23 0durante o processo de transferência.
Uma vez claramente especificados o protocolo decomunicação inter-RRM, as entidades de recursos de rádio eas funções de decisão, a função RRM de cada nó individualpoderá ser desenvolvida independentemente com base nacoordenação RRM inter-célula. Isto otimizará a utilizaçãodo recurso de rádio geral.
O wesquema RRM coordenado é útil para fornecer acomunicação inter-RRM para coordenar funções RRMdistribuídas para suportar a tecnologia de mitigação deinterferência durante a transferência no LTE. As funçõesRRM para a tecnologia de mitigação da interferência estãolocalizadas no eNodeB 230 e exigem a coordenação do recursode rádio de maneira estática, semi-estática, ou dinâmicaentre as células no UMTS LTE para mitigar o nível deinterferência para os usuários na borda da célula. Amitigação da interferência poderá ser reconfigurada quandoa carga do sistema estiver mudando dinamicamente ou emsituações com desequilíbrios da carga. A carga do sistemaestá mudando dinamicamente quando transferências ocorrem. Amitigação da interferência também é sensível à dinâmica dacarga na borda da célula. As funções RRM que lidam com atecnologia de mitigação da interferência poderão comunicarcom o RRM de outras células ou o servidor RRM parareconfigurar os parâmetros de mitigação da interferênciasem explicitamente especificar o RRM e os algoritmos decoordenação da interferência no eNodeB 230; Durante operíodo de transferência, o RRM para o gerenciamento demobilidade e o manuseio do procedimento de transferência éefetuado e sua localização está no nó central o no apertode mão entre as estações base servidora e alvo. 0 protocolode comunicação inter-RRM definido, as entidades de recursode rádio, e as funções de decisão no esquema RRM coordenadopermitem a interação entre funções RRM distribuídas paraefetuar o algoritmo de coordenação da interferência e oprocedimento de transferência ao mesmo tempo. O esquema RRMcoordenado permite ao esquema de mitigação da interferênciadisparar a redistribuição dos recursos de rádio entrecélulas quando o procedimento de transferência ocorre eresulta em cargas de sistema desequilibradas.
Geralmente, com referência à Figura 2B, cada eNodeB230 ou ASGW 238 poderá iniciar uma solicitação dereconfiguração direcionada a qualquer nó (ou nós múltiplos)em resposta ao determinar que um evento RRM ocorreu. Cadanó que recebe essa solicitação de reconfiguração responderácom uma indicação que essa reconfiguração é permitida ounão é permitida. Assim, aqueles habilitados na tecnologiaapreciarão que a utilização da forma de comunicação um-para-muitos poderá acelerar com vantagem o processo poistodos os nós envolvidos na configuração poderão serconsultados mais o menos ao mesmo tempo.
Passando agora para a Figura 3, é mostrado umfluxograma que descreve o processo que o eNodeB 230atravessa no evento de ocorrer um evento RRM. No bloco 300,o eNodeB 23 0 determina que um evento RRM ocorreu e ocontrole é transferido para o bloco de decisão 305. Nobloco de decisão 3 05, é feita a determinação sobre se umareconfiguração é necessária ou pode ser efetuada. Se nãofor, o controle transfere de volta ao bloco 300 e oprocesso é restabelecido, esperando para o próximo eventoRRM. Se a reconfiguração for justificada, o controletransfere para o bloco 310 e o eNodeB 23 0 envia umasolicitação de reconfiguração para os nós apropriados. No bloco 315, os nós receptores respondem à solicitação dereconfiguração, quer aceitando ou negando a solicitação. Nobloco 320 uma decisão é tomada. Se os nós respondentesaceitaram a solicitação de reconfiguração, então areconfiguração ocorre e o controle transfere de volta ao bloco 300 e o processo é restabelecido. Por outro lado, sepelo menos um dos nós respondentes declinou a solicitaçãode reconfiguração, então a reconfiguração não ocorre e ocontrole transfere de volta ao bloco 305 para determinar sequalquer outro tipo de reconfiguração seria apropriado. Sefor, o processo repete com a nova solicitação dereconfiguração. Se não, o controle transfere de volta aobloco 300 e o processo é restabelecido.
Poderá ser útil considerar uma situação exemplar emque o evento RRM ocorre.Suponha que a Célula-1 desejaaumentar a carga de borda de célula em 20% porque usuáriosmudaram de suas células vizinhas (por exemplo, Célula-2 eCélula-3). 0 RRM coordenado na Célula-1 disparará asolicitação de redistribuição do recurso de canal de rádiopara a Célula-2 e a Célula-3 com u aumento de carga de 20%na borda da célula. Assim, a Célula-2 e a Célula-3responderão, se possível, indicando que eles redistribuirãoseus recursos de canal de rádio para a utilização naparcela central de suas células para permitir à Célula-1servir mais usuários nas bordas de célula.
Aqueles habilitados na tecnologia apreciarão que asvárias camadas de sistema, rotinas, ou módulos ilustradosnas várias versões aqui apresentadas poderão ser unidadesde controle executáveis. As controladoras poderão incluir mmicroprocessador, uma micro-controladora, um processador desinal digital, um cartão processador (incluindo um ou maismicroprocessadores ou controladoras), ou outrosdispositivos de controle ou de computação. Os dispositivosde armazenamento referidos nesta discussão poderão incluirum ou mais mídia de armazenamento lida por máquina paraarmazenar dados e instruções. A mídia de armazenamentopoderá incluir diferentes formas de memória incluindodispositivos de memória de semicondutor como memórias deacesso aleatório dinâmica ou estática (DRAMs ou SRAMs),memórias de apenas leitura programável e apagável (EPROMs),memórias de apenas leitura eletricamente apagável eprogramável (EEPROMs) e memórias flash; discos magnéticoscomo os discos fixos, flexíveis, e removíveis; outra mídiamagnética incluindo a fita; e mídia óptica como discoscompactos (CDs) ou discos de vídeo digital (DVDs).
Instruções que compõem as várias camadas de software,rotinas, ou módulos nos vários sistemas poderão serarmazenadas nos respectivos dispositivos de armazenamento.
As instruções quando executadas pelas controladoras fazemcom que o sistema correspondente efetue os atosprogramados.As versões particulares reveladas acima são apenasilustrativas, pois a invenção poderá ser modificada epraticada de maneiras diferentes, mas equivalentes,aparentes para aqueles habilitados na tecnologia tendo obenefício dos ensinamentos aqui apresentados. Ademais,nenhuma limitação é pretendida nos detalhes da construçãoou do projeto aqui mostrados, que não conforme descrito nasreivindicações abaixo. Consequentemente, o método, sistema,e parcelas destes e do método e sistema descrito poderãoser implementados em locais diferentes, como a unidade semfio, a estação base, a controladora da estação base e/ou ocentro de comutação móvel. Ademais, o circuito deprocessamento necessário para implementar e utilizar osistema descrito poderá ser implementado em circuitosintegrados específicos da aplicação, em circuito deprocessamento acionado por software, firmware, dispositivosde lógica programada, hardware, componentes discretos oudisposições dos componentes acima como seria compreendidopor alguém de habilidade ordinária na tecnologia com obenefício desta revelação. Portanto, é evidente que asversões particulares reveladas acima poderão ser alteradasou modificadas e todas essas variações são consideradascomo dentro do escopo e espírito da invenção. Assim, aproteção aqui buscada é conforme explicitada nasreivindicações abaixo.