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ES2404979B1 - Método y sistema para ahorrar energía y minimizar el nivel de interferencia en un despliegue de red de nodos de acceso de radio - Google Patents

Método y sistema para ahorrar energía y minimizar el nivel de interferencia en un despliegue de red de nodos de acceso de radio Download PDF

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ES2404979B1
ES2404979B1 ES201130693A ES201130693A ES2404979B1 ES 2404979 B1 ES2404979 B1 ES 2404979B1 ES 201130693 A ES201130693 A ES 201130693A ES 201130693 A ES201130693 A ES 201130693A ES 2404979 B1 ES2404979 B1 ES 2404979B1
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Primitivo MATAS RUIZ
Pilar RUIZ ARAGÓN
Quilano PEREZ TARRERO
Emilio MINO DIAZ
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Telefonica SA
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Abstract

Método y sistema para ahorrar energía y minimizar el nivel de interferencia en un despliegue de red de nodos de acceso de radio.#El método comprende disponer un despliegue de red de nodos de acceso de radio en una configuración maestro/esclavo, y de manera automática realizar una activación y/o desactivación de transceptores RF de los nodos de acceso de radio esclavos de dicho despliegue de red de nodos de acceso de radio.#El sistema está adaptado para implementar el método de la invención.

Description

MÉTODO Y SISTEMA PARA AHORRAR ENERGíA Y MINIMIZAR EL NIVEL DE
INTERFERENCIA EN UN DESPLIEGUE DE RED DE NODOS DE ACCESO DE
RADIO
S
Campo de la técnica
La presente invención se refiere en general, en un primer aspecto, a un método
para ahorrar energía y minimizar el nivel de interferencia en un despliegue de red de
nodos de acceso de radio, realizando un procedimiento de activación y/o desactivación
de sus transceptores RF, y más particularmente a un método para realizar dicha
10
activación y/o desactivación partiendo de la base de una configuración coordinada
maestro/esclavo.
Un segundo aspecto de la invención se refiere a un sistema de despliegue de
red de nodos de acceso de radio para ahorrar energía y minimizar el nivel de
interferencia adaptado para implementar el método del primer aspecto.
15
La invención puede aplicarse particularmente a femtocélulas, y también puede
aplicarse a estaciones base convencionales, que incluyen macrocélulas, microcélulas
y picocélulas de potencia alta/media.
Estado de la técnica anterior
20
Un femtonodo es una estación base celular pequeña, de baja potencia, de
corto alcance, instalada por el usuario final, para la cobertura interior en domicilios y
empresas. Una femtocélula se conecta a la red del operador móvil mediante una
conexión física de banda ancha tal como una línea de abonado digital (xOSL), cable o
fibra, e incorpora mecanismos automáticos tales como: auto-conexión, auto
2S
configuración y auto-optimización, para despliegues fáciles y automáticos. Los
usuarios finales pueden tener un nivel de señal alto, debido a la corta distancia entre
transmisor y receptores y en consecuencia disfrutar de un alto rendimiento y una mejor
experiencia del usuario en comparación con la cobertura interior proporcionada por
macrocélulas.
30
Los femtonodos, tal como se muestra en la figura 1, se integran en la red
núcleo (eN) móvil existente por medio de una pasarela y controlador de red,
denominada en general femtopasarela o H(e)NB GW en documentos de la norma
3GPP [1], ubicada entre la red de acceso IP y la red núcleo de operador móvil. La
femtopasarela agrega y tuneliza el tráfico a partir de un gran número de femtonodos
sobre la red I P de banda ancha del abonado tal como DSL, cable o fibra, en la red
núcleo móvil existente por medio de interfaces convencionales: lu-es e lu-PS para
sistemas 3G como 3GPP UMTS y 51 para sistemas 4G como 3GPP LTE/LTE
Advanced. El enfoque de conexión entre femtonodos y la pasarela para 3G es una
S
interfaz nueva denominada luh [2] [3]. Debe observarse que para LTE, también se usa
81 entre femtonodos y la pasarela, de modo que un femtonodo LTE podría conectarse
directamente a la red núcleo en lugar de conectarse a través de la femtopasarela.
En la actualidad, los femtonodos pOdrían desplegarse en dos escenarios
diferentes. En un entorno doméstico, un único femlonodo permite a los clientes
10
móviles tener una fuerte recepción celular y una conexión a Internet de banda ancha
dentro de su propio domicilio. El escenario para entornos de empresa (en los que se
centra la invención), se caracteriza por la formación de un grupo de femtocélulas,
desplegadas de manera apropiada en el área objetivo tras una planificación racional,
con el fin de proporcionar los servicios móviles demandados por los usuarios finales.
1 S
Además, los femtonodos en un escenario de empresa, a diferencia del escenario
residencial, tienen que garantizar la movilidad entre ellos y con la macro vecina, así
como conectar con su pasarela de acceso a través del LAN del sitio en el que se
despliegan. De esta forma, los femtonodos tienen la posibilidad de conectarse entre sí
a través del LAN. Esta característica la utiliza la invención tal como se explica más
20
adelante.
Una característica importante de los despliegues de femtonodos es la
capacidad de auto-configuración y auto-optimización para el ajuste de parámetros de
radio. En entornos de empresa, con un grupo de femtocélulas, es necesario que cada
nodo individual colabore con sus vecinos para proporcionar conjuntamente la mejor
2S
cobertura de servicio con la mejor calidad de servicio.
El alto número de femtonodos desplegados en un grupo de negocio hace
atractivo el estudio de diferentes algoritmos y métodos para reducir el consumo de
energía global y para mitigar las interferencias lo máximo posible dentro del grupo.
Además, el impacto sobre la gestión de la movilidad y la auto-optimización podría ser
30
un campo de interés.
Otro aspecto que puede requerir atención es el pico de tráfico producido de una
forma aleatoria o prevista en entornos tales como auditorios, salas de reuniones. En
estos entornos el número de femtonodos necesarios para dar servicio a estos picos de
usuarios es muy superior al del resto del tiempo, y no parece recomendable
mantenerlos activados todo el tiempo. Una buena gestión de femtonodos debe
resolver las cuestiones anteriores.
Un requisito de los mecanismos propuestos es que deben funcionar sin
ninguna interacción humana. Los femtonodos que pertenecen al agrupamiento deben
S
colaborar de una forma coordinada para dotar a la cobertura óptima de calidad de
servicio suficiente.
Una de las cuestiones más importantes a las que debe hacerse frente con
respecto a las femtocélulas es cómo evitar la interferencia pe~udicial o bien con una
macrocélula o bien con un femtonodo vecino si se utiliza el mismo espectro por las
10
macrocélulas y las femtocélulas [4].
El estado de la técnica actual sobre los femtonodos se centra en la
optimización de cobertura compatible con interferencias y en procedimientos de ahorro
de energía. Para cada una de estas cuestiones en la actualidad se han propuestos
diferentes mecanismos y tecnologías que se mencionan a continuación.
1S
-Optimización de la cobertura
Hay dos tipos de mecanismos de cobertura: Mecanismos basados en
femtonodos autónomos, y mecanismos de cooperación basados en grupos de
femtonodos:
1. Mecanismos de optimización de la cobertura no coordinados para
20
femtonodos autónomos.
Cuando se enciende una femtocélula, explora el entorno de radio vecino y
selecciona los parámetros de radio óptimos para lograr la calidad de servicio más
adecuada. La potencia transmitida inicial podría ser un valor preconfigurado o podría
seleccionarse de tal manera que su cobertura se ajuste al área objetivo, minimizando
2S
la interferencia con las macrocélulas vecinas.
En [5] y [6] los autores sugieren esquemas de auto-configuración y auto
optimización. Aunque los esquemas de auto-configuración proporcionan un ajuste de
potencia inicial de la femtocélula (un valor típico es de -10 dBm), los esquemas de
auto-optimización intentan optimizar la potencia de transmisión de la femtocélula
30
durante el funcionamiento normal. Los autores distinguen tres esquemas de auto
configuración; i) potencia fija, ii) basada en la distancia y iii) basada en la medición.
En [7] , los autores contemplan otra forma de adaptación de potencia de las
femtocélulas teniendo en cuenta la actividad/inactividad de los usuarios. Si no hay
usuarios de femtocélulas activos actualmente (no se transmite voz ni datos) , la
potencia de transmisión de las femtocélulas disminuye en 10 dB.
En [4] se propone un mecanismo de control de la potencia con un enfoque
novedoso para la adaptación dinámica de la potencia de transmisión de puntos de
S
acceso de femtocélula. La idea básica es adaptar la potencia de transmisión de las
femtocélulas según la carga de tráfico actual y señalar la calidad entre estaciones
móviles y femtocélula con el fin de utilizar completamente la trama de datos. La
ventaja de este enfoque es su potencial para disminuir la interferencia para los
usuarios de macrocélulas o femtocélulas adyacentes con carga de tráfico ligera. Esta
10
propuesta concluye que la potencia de transmisión de la femtocélula puede reducirse
significativamente mientras que todavía se garantiza el mismo nivel de QoS a los
usuarios de la femtocélula.
Aunque estos mecanismos se han diseñado para un escenario de femtocélula
autónoma, desplegado en entornos residenciales, en la actualidad están usándose en
1S
escenarios de empresa.
2. Optimización de la cobertura de radio coordinada para femtocélulas en red.
En un escenario de empresa, en el que debe cubrirse un área objetivo por un
grupo de femtonodos en lugar de por un femtonodo autónomo, es necesario que las
células individuales colaboren para proporcionar conjuntamente optimización de la
20
cobertura. Por tanto, los requisitos para la optimización de la cobertura para el
despliegue de grupos de femtocélulas difieren significativamente de los despliegues de
femtocélula autónoma, y las soluciones existentes mencionadas anteriormente no son
aplicables.
A diferencia de los femtonodos autónomos anteriores, los algoritmos de
2S
cobertura coordinados actualizan la potencia de transmisión asistida, no sólo mediante
informes de medición convencionales de los equipos de usuario acti vos, en las propias
áreas de cobertura de la femtocélula, sino también mediante cierta información
recibida de las femtocélulas vecinas. El principal objetivo de este tipo de algoritmos es
equilibrar la carga de femtocélula en un grupo de femtocélulas, cubrir conjuntamente la
30
misma área así como minimizar las zonas sin cobertura y la potencia de transmisión.
Los enfoques centralizados se usan actualmente en despliegues
macrocelulares 3G reales. En [8] se describe un algoritmo de optimización de la
cobertura conjunta, centralizado que calcula de manera central los niveles de potencia
de transmisión piloto óptimos para cada sitio de célula en la red de macrocélulas,
dando como resultado la maximización del área de cobertura mientras se minimiza la
interferencia para un nivel deseado de solapamiento de cobertura. Estos algoritmos no
pueden aplicarse a las femtocélulas debido al despliegue a gran escala esperado para
tales redes y por la naturaleza de conectar y usar (plug-and-play) de femtocélula. Por
S
otra parte, necesita el uso de algoritmos de configuración descentralizada/distribuida
que son funcionales localmente en los nodos y utilizan la información local disponible.
Referencia [9] describe un algoritmo de optimización de la cobertura conjunta,
distribuida/descentralizada, que se ejecuta individualmente en cada femtocélula, y
funciona para lograr el equilibrado de carga de usuario y la minimización de
10
solapamiento y zonas sin cobertura.
Estos algoritmos no usan ninguna coordinación o información global de la
pasarela de femtocélula ni ningún otro elemento de red.
En la referencia [1] [10] se describe un sistema de comunicaciones móviles en
el que las estaciones base se comunican entre sí usando un protocolo
1 S
maestro/esclavo para intercambiar información de equilibrado de carga que puede
usarse para controlar el traspaso de dispositivos móviles entre estaciones base
vecinas y/o células vecinas. La estación base maestra solicita a la estación base
esclava que le proporcione un informe de estado de carga o bien en un tiempo definido
o con periodicidad o bien en respuesta a ciertos eventos.
20
En la referencia [1] [11] estaciones base inalámbricas tienen una unidad de
almacenamiento que almacena un indicador que indica si una estación local es una
estación base maestra. Una unidad de determinación determine un conjunto de
parámetros inalámbricos para un canal de transmisión de datos. Una unidad de
adquisición adquiere el conjunto de parámetros inalámbricos notificado desde la
2S
estación base maestra, cuando la estación local no es una estación base maestra.
Una unidad de ajuste ajusta un parámetro inalámbrico determinado para un canal,
cuando la estación base local es la estación base maestra, y establece el parámetro
inalámbrico adquirido para el canal cuando la estación base no es la estación base
maestra.
30
Procedimientos de ahorro de energía:
La reducción en el consumo de energía de las redes móviles se considera de
gran importancia desde el punto de vista económico (reducción de costes) y
medioambiental (disminución de las emisiones de CO2) . Varias publicaciones hacen
hincapié en la cantidad de energía que puede ahorrarse reduciendo el número de
células activas durante los periodos en que no son necesarias porque el tráfico es
bajo, para la red de macrocélulas en general [1] [12] Y para los femtonodos en
particular [13] _
5
Con la desactivación de las emisiones de radio celular cuando no son
necesarias, junto con el ahorro de energía, se logra una reducción de la interferencia
en las células vecinas.
Desde el punto de vista del ahorro de energía, deben considerarse dos casos
diferentes.
10
El primero son femtocélulas que sólo pueden desactivarse cuando no hay
usuarios en su área de cobertura a los que dar servicio. Este es el caso de las
femtocélulas desplegadas por razones de cobertura, por ejemplo, o de aquellas
femtocélulas residenciales que pueden asociarse a bajas tarifas en llamadas.
El segundo son aquellas femtocélulas que pueden desactivarse cuando el
1S
tráfico es bajo. Este es el caso de las femtocélulas desplegadas por motivos de
capacidad. Las células que permanecen activas cuidan de la cobertura de radio y la
provisión de servicio, para garantizar que el servicio esté disponible en toda el área.
Se han propuesto algunas implementaciones para desactivar la sección de
radio de un femtonodo cuando el usuario no está en las proximidades de su femtonodo
20
[14] [15]; estas soluciones detectan cuándo el equipo de usuario está alojado en la
macrocélula más próxima al femtonodo, con el fin de decidir cuándo activar o
desactiva r el femtonodo. Cuando el equipo de usuario no está alojado en una
macrocélula predefinida se supone que está lejos del domicilio y el femtonodo se
desactiva, y cuando el equipo de usuario entra en su macrocélula predefinida, se
2S
supone que está en las proximidades de su femtonodo correspondiente, que se activa.
Otra implementación existente [16] desactiva la sección de transceptor del
femtonodo cuando no está soportando ninguna conexión activa con un equipo de
usuario. Con el fin de activar el femtonodo cuando debe soportar una conexión activa,
esta implementación se basa en la ayuda de la macrocélula de servicio más próxima;
30
esta macrocélula de servicio detecta cuándo un equipo de usuario que está incluido en
el grupo de abonados cerrado de la femtocélula intenta establecer una conexión activa
con la macrocélula, y en ese caso envía una indicación al femtonodo para que se
active, a través de la entidad de gestión de movilidad y la denominada interfaz S1 , y
luego traspasa la conexión activa a la femtocélula.
Otra implementación [17] se basa en un servidor de activación, que activa o
desactiva a distancia la sección de transceptor del femlonodo. Los criterios para que el
servidor de activación active o desactive la sección de transceptor del femtonodo es la
ubicación del terminal de usuario, que conoce el servidor de activación a través de
S
datos GPS notificados por el terminal de usuario, o deducidos a partir de la
macrocélula en la que está alojado el equipo de usuario.
Otra implementación [18] para activar o desactivar un femtonodo se basa en la
detección de patrones de señal específicos transmitidos por el equipo de usuario, lo
que requiere que un femtonodo cuyo transceptor está desactivado active
10
periódicamente la sección de receptor con el fin de poder detectar el patrón de señal
del equipo de usuario.
Otro mecanismo propuesto [19] es la activación de femtocélulas basada en el
aumento de ruido a partir del UE activo. Permite activar la femtocélula sólo para dar
servicio a una llamada. Cuando el nivel de potencia recibido en el femtonodo supera
1 S
un nivel umbral, se activa para dar servicio al UE.
Cuando debe desplegarse una nueva célula para cubrir picos de tráfico
periódicos debido a los patrones de tráfico diarios o a picos esporádicos debidos a
eventos especiales tales como reuniones o conferencias, el enfoque habitual para
ahorrar energía desactivando la célula durante los periodos de tráfico bajo y
20
activándola de nuevo cuando se necesita requiere una intervención manual. En el
caso de picos esporádicos, esto sólo es posible cuando estos eventos se conocen
previamente.
Problemas con las soluciones existentes:
25 1. Optimización de la cobertura Los mecanismos no coordinados se han diseñado para femtocélulas autónomas, y aunque en la actualidad se están usando en femtocélulas en red, no se han tenido en cuenta aspectos tales como la movilidad y la optimización de la cobertura coordinada con otras femtocélulas.
30 Una limitación de los algoritmos/mecanismos de optimización de la cobertura para femtonodos en red es que no consideran que los femtonodos sin usar puedan apagar el bloque de transmisión de radio, de esta forma se simplifica la coordinación de radio de red de femtonodos, y se reducen claramente el consumo de energía y la interferencia con respecto al enfoque distribuido propuesto en [9] y [1] [10]. El
mecanismo de apagado propuesto en esta invención está adaptado especialmente
para un escenario con marcados picos de tráfico, en los que mantener operativos
lodos los femtonodos sólo está justificado cuando se usa toda la zona de cobertura
(por ejemplo, eventos en un auditorio , cobertura de infraestructura en ferias de
S
negocios cuando hay un evento, etc.).
Con respecto a la optimización de la cobertura de radio conjunta
distribuida/descentralizada, la limitación del algoritmo coordinado propuesto en [9] es
la capacidad de ajuste a escala en caso de grandes despliegues en red de
femtocélulas en los que una femtocélula tiene que coordinarse con muchas otras, las
10
interacciones necesarias con las femtocélulas vecinas podrían conducir a un tráfico de
señalización inaceptable, también pOdrían aparecer problemas de estabilidad debidos
a que un cambio en las condiciones de radio puede afectar al despliegue global con un
aumento significativo del tráfico de señalización. Otra limitación es la falta de punto de
referencia en el que un subsistema de funcionamiento y mantenimiento podría
1 S
comprobar el estado de redes de femtocélulas, esencial para controlar grandes
despliegues. El enfoque propuesto en [9] está totalmente distribuido y cada
femtocélula sólo tiene información de femtocélulas vecinas sin puntos de referencia.
En [1] [10] se propone una estructura jerárquica de estaciones base
maestra/esclavas aplicadas para un equilibrado de carga optimizado sin considerar
20
mecanismos de ahorro de energía tales como la activación/desactivación de una
estación base, cuando su capacidad no sea necesaria, o control de potencia
transmitida por estaciones base para el ajuste de la cobertura.
En [1] [11] se define una estructura jerárquica para establecer una filtración o
selección de mensajes recibidos de la unidad de control para configurar parámetros de
2S
transmisión de radio, sin recurrir a la coordinación de la estación base para optimizar
el rendimiento del grupo o la eficacia energética.
2. Procedimientos de ahorro de energía
Para los procedimientos de ahorro de energía, una limitación común a todos los
métodos mencionados en la sección anterior es que no hay coordinación con otros
30
nodos con el fin de garantizar la continuidad del servicio entre el femtonodo y sus
células vecinas durante los procedimientos de activación o desactivación.
Con respecto a los procedimientos propuestos en [14] [15] [16] [17] están
diseñados para femtonodos asociados a un grupo de UE, con limitaciones de acceso.
No pueden usarse para femtonodos con acceso abierto bajo la cobertura de una
macrocélula. Además, estas implementaciones no tienen mucho valor cuando el
equipo de usuario está alojado normalmente en la macrocélula predefinida, alguno
muy usual en macrocélulas suburbanas y rurales que proporcionan una amplia
cobertura, o que puede producirse en áreas urbanas densas dependiendo de los
S
hábitos del cliente o del escenario de utilización.
Además, el procedimiento propuesto en [17] presenta el problema de que en
muchas ocasiones el UE no incluirá un receptor de GPS, y también es necesario
configurar el servidor para la activación del control del femtonodo e implementar los
métodos asociados para transportar los dalos GPS.
10
La implementación propuesta en [18] requiere que el UE envíe periódicamente
un patrón de señal específico que aumenta su consumo de energía y el agotamiento
de la batería así como los recursos de radio usados para fines de señalización.
Descripción de la invención
1 S
Es necesario ofrecer una alternativa al estado de la técnica que supere los
problemas mencionados anteriormente de los que adolecen las propuestas conocidas
indicadas.
Para este fin, la presente invención se refiere, en un primer aspecto, a un
método para ahorrar energía y minimizar el nivel de interferencia en un despliegue de
20
red de nodos de acceso de radio, que comprende la activación y/o desactivación de
transceptores RF de uno o más nodos de acceso de radio de dicho despliegue de red
de nodos de acceso de radio.
A diferencia de las propuestas conocidas, el método del primer aspecto de la
invención comprende disponer dicho despliegue de red de nodos de acceso de radio
2S
en una configuración maestro/esclavo, y realizar dicha activación y/o desactivación de
manera automática y aplicada a nodos de acceso de radio esclavos de dicho
despliegue de red de nodos de acceso de radio.
Para una realización preferida dichos nodos de acceso de radio son nodos de
femtocélula. Aunque en muchas secciones de este documento los nodos de acceso de
30
radio se denominan femtocélulas, la invención también puede aplicarse directamente a
estaciones base convencionales, como se recoge en la realización "Estación base
convencional" .
Por los motivos establecidos en la sección anterior, en esta invención se
propone un enfoque jerárquico y parcialmente centralizado.
La invención propone una estructura jerárquica para despliegues de
femtonodos de empresa basados en su ubicación con un doble objetivo, ahorro de
energía y minimización de las interferencias. Este mecanismo permite desactivar el
subsistema RF de algunos femtonodos en ciertas condiciones.
5
Algunas realizaciones del método del primer aspecto de la invención se
describen con referencia a las reivindicaciones 3 a 16 adjuntas, y en una sección
posterior referida a la descripción detallada de varias realizaciones.
Un segundo aspecto de la invención se refiere a un sistema de despliegue de
red de nodos de acceso de radio para ahorrar energía y minimizar el nivel de
10
interferencia, que comprende una pluralidad de nodos de acceso de radio con
transceptores RF respectivos que pueden activarse y desactivarse.
A diferencia de las propuestas conocidas, en el sistema del segundo aspecto
de la invención dichos nodos de acceso de radio están dispuestos según una
configuración maestro/esclavo, y comprenden medios de control para realizar dicha
1 S
activación y/o desactivación de manera automática y aplicada a nodos de acceso de
radio esclavos de dicho despliegue de red de nodos de acceso de radio.
Para una realización preferida, los medios de control del sistema están
previstos para implementar el método del primer aspecto.
Algunas realizaciones del sistema del segundo aspecto de la invención se
20
describen con referencia a las reivindicaciones 19 a 21 adjuntas, y en una sección
posterior referida a la descripción detallada de varias realizaciones.
Breve descripción de los dibuios
Las anteriores y otras ventajas y características se entenderán más
2S
completamente a partir de la siguiente descripción detallada de las realizaciones, con
referencia a los dibujos adjuntos (algunos de los cuales ya se han descrito en la
sección del Estado de la técnica anterior), que deben considerarse de manera
ilustrativa y no limitativa, en los que:
La figura 1 muestra una arquitectura general para el despliegue de
30
femtocélulas.
La figura 2 muestra la coordinación entre femtonodos jerárquicos
proporcionados por la presente invención, para una realización.
La figura 3 muestra estados de cobertura compartida y cobertura de solo
maestro para un grupo jerárquico de femtocélulas , según una realización de la
invención.
La figura 4 muestra la configuración inicial para el grupo jerárquico de
S
femtonodos según una realización del método del primer aspecto de la invención.
La figura 5 muestra el proceso de coordinación en un grupo jerárquico de
femtocélulas según una realización del método del primer aspecto de la invención.
La figura 6 muestra el diagrama de flujo para el proceso de femtonodo maestro,
según una realización del método del primer aspecto de la invención.
10
La figura 7 muestra el diagrama de flujo para el proceso de femtonodo esclavo,
según una realización del método del primer aspecto de la invención.
La figura 8 muestra una realización de la invención con respecto a un escenario
de aplicación de auditorio.
La figura 9 muestra, para la realización de la figura 8, el estado de cobertura de
1 S
solo maestro y el estado de cobertura compartida.
La figura 10 muestra, para la realización de la figura 8, el procedimiento de
activación de femtonodos esclavos en el escenario de auditorio.
La figura 11 muestra, para la realización de la figura 8, el procedimiento de
desactivación para femtonodos esclavos en el escenario de auditorio.
20
La figura 12 muestra otra realización de la invención con respecto a un
escenario de aplicación de edificio de oficinas.
La figura 13 muestra, para la realización de la figura 12, los estados de
cobertura de solo maestro y de cobertura compartida.
La figura 14 muestra, para la realización de la figura 12, el procedimiento de
2S
activación de femtonodos esclavos en el escenario de edificio de oficinas.
La figura 15 muestra, para la realización de la figura 12, el procedimiento de
desactivación en el escenario de edificio de oficinas.
La figura 16 muestra el estado de cobertura de solo maestro y el estado de
cobertura compartida para un escenario de estación base convencional, según otra
30
realización del método del primer aspecto de la invención.
La figura 17 muestra el procedimiento de activación de femtonodos esclavos en
el escenario de macroestación base, según otra realización del método del primer
aspecto de la invención.
La figura 18 muestra el procedimiento de desactivación en el escenario de
estación base convencional para estaciones base esclavas, según otra realización del
método del primer aspecto de la invención.
La figura 19 muestra, en forma de gráfico, una estimación del ahorro de
S
energía para el despliegue de femtocélulas basado en la invención.
Descripción detallada de varias realizaciones
En un despliegue de red de femtocélulas típico, no existe relación jerárquica
entre ellas. Los femtonodos se ubican con el objetivo de cubrir toda el área (un edificio,
10
por ejemplo) sin zonas sin cobertura, y radiando todos ellos continuamente aunque no
haya usuarios en modo activo o inactivo. Además, pueden desplegarse femtonodos
adicionales con el fin de hacer frente a picos de tráfico debido a una distribución
desigual de los usuarios en el tiempo. Éste puede ser el caso, por ejemplo, de un
auditorio o sala de reuniones. En este escenario, aunque un femtonodo pudiera cubrir
l S
toda el área, debido a cuestiones de capacidad serían necesarios femtonodos
adicionales para dar servicio a todos los usuarios durante algunos periodos de tiempo.
Con el fin de evitar la pérdida innecesaria de energía y minimizar la generación
de interferencias, la invención propone construir grupos de femtonodos con una cierta
relación jerárquica entre ellos que tienen la posibilidad de desactivar el transceptor RF
20
de aquellos nodos que no son esenciales para un servicio correcto cuando las
condiciones de carga lo permiten.
El concepto básico de la invención consiste en proporcionar a los femtonodos
de un despliegue de empresa (o escenarios similares en los que hay una
infraestructura de comunicaciones que puede soportar una comunicación entre ellos,
2S
como una LAN Ethernet), un mecanismo para desactivar el subsistema RF de algunos
femtonodos durante ciertos periodos de tiempo. El mecanismo se basa en una
comunicación maestro/esclavo a través de la infraestructura de comunicaciones (por
ejemplo, una LAN) usada como red de retroceso de los femtonodos, para el
intercambio de mensajes sencillos relacionados con la carga de tráfico del despliegue.
30
El intercambio de mensajes podría soportarse por medio de una interfaz de
comunicaciones específica para aquellos femtonodos que cumplen con releases de
3GPP previas a la release 10, o pOdrían soportarse por la denominada interfaz X2
para la release 10 de 3GPP y versiones posteriores.
El principal objetivo de la invención es disminuir el consumo de energía y
minimizar el nivel de interferencia en el despliegue cuando los femlonodos
implementan este mecanismo. Brevemente, la invención proporciona un mecanismo
para la desactivación del subsistema RF de los femtonodos esclavos según un cierto
S
algoritmo de modo que se atienda correctamente al servicio mientras que se logra un
ahorro de energía importante y se disminuye el nivel de interferencia. La intención es
siempre resolver el desafío técnico sin ningún control humano externo en escenarios
de empresa, en los que pOdrían desplegarse varios femtonodos para colaborar entre sí
con el fin de proporcionar la mejor cobertura demandada con la mejor calidad de
10
servicio.
En figura 2 se muestra el concepto básico de la invención propuesto para
minimizar interferencias y proporcionar ahorro de energía. El intercambio de
información entre femtonodos (maestro/esclavo) para decidir en lo que se refiere a un
cierto algoritmo la activación o desactivación del subsistema RF se transporta a través
l S
de la red de área local a la que están conectados los femtonodos. Debe observarse
que el femtonodo maestro siempre tiene activado su subsistema RF a potencia
nominal o máxima.
La principal idea tras la invención es definir un subgrupo de femtocélulas
subordinadas a una que funciona como nodo maestro, y luego implementar un
20
mecanismo para el control de la parte RF de los femtonodos, sin afectar al servicio
asociado con todo el subgrupo. Esta técnica de control de la potencia también puede
usarse para la implementación de estrategias de equilibrado de carga entre los
elementos del subgrupo con el fin de mejorar la calidad de los servicios ofrecidos
cuando todos ellos están radiando. Es importante observar que el sistema de gestión
2S
será responsable de la configuración inicial del subgrupo de femtonodos, definiendo la
funcionalidad de cada nodo como maestro o esclavo , y enviando las identidades de
todo el subgrupo. Asimismo, la interfaz de comunicaciones entre femtocélulas
maestra-esclavas no necesita ninguna protección de seguridad especial puesto que no
se transmiten datos delicados o privados.
30
La invención trata del establecimiento de un grupo de femtonodos, o grupo
jerárquico, en un despliegue de red de femtocélulas, en el que uno de los femtonodos
asume la función de maestro y siem pre está activado y radiando, y los otros
femtonodos tienen la función de esclavos (nodos subordinados) y sus transceptores
RF pueden desactivarse cuando no están alojados usuarios o la capacidad y cobertura
del maestro es suficiente para dar servicio a todos los usuarios. La comunicación entre
los femlonodos dentro del grupo jerárquico debe soportarse por una infraestructura de
comunicación , que puede ser una LAN Ethernet o cualquier otra. La infraestructura de
comunicación soportará un intercambio de mensajes entre los femtonodos dentro del
S
grupo jerárquico, que podría soportarse por medio de una interfaz de comunicaciones
específica para aquellos femtonodos que cumplen con las re/eases de 3GPP previas a
la re/ease 10, o podría soportarse por la denomina interfaz X2 para la re/ease 10 de
3GPP y versiones posteriores.
Es importante mencionar aquí que en un femtonodo, el bloque de transmisión
10
de radio tiene la capacidad de desactivarse independientemente del resto de las
funcionalidades, con el fin de radiar sólo cuando se ha completado correctamente el
proceso de auto-configuración y luego la femtocélula ha obtenido permiso para
hacerlo. Esto es necesario, por ejemplo, para evitar radiar frecuencias sin licencia o no
deseadas antes de completar el proceso de inicialización. Esta característica puede
1S
usarse para ahorrar energía cuando no es necesario que la femtocélula dé servicio a
los usuarios, desactivando el subsistema RF y activándolo de nuevo cuando se
considere necesario.
Este proceso de activación/desactivación RF es inmediato, a diferencia del
proceso de inicialización llevado a cabo en el encendido, cuando deben inicializarse
20
todos los módulos en el femtonodo, debe establecerse el túnel IPSec con la pasarela
de seguridad, y debe completarse el registro del femtonodo en la femtopasarela y el
proceso de auto-configuración. Este proceso puede llevar varios minutos (desde 5
hasta 15, dependiendo de la implementación y el entorno). De ahora en adelante, el
proceso de activación/desactivación se refiere al bloque de transmisión RF, no al
2S
femtonodo completo, excepto cuando se comente explícitamente.
Además, cuando está radiando un femtonodo, su potencia de transmisión
puede cambiarse dentro de un intervalo de potencia para ajustar la cobertura de la
femtocélula al entorno. Esto puede usarse, por ejemplo, para equilibrado de carga y
ajuste de cobertura.
30
La invención usa ambas características con el objeto de minimizar el consumo
de energía y la interferencia.
En esta invención los términos femtonodo maestro y femtonodo esclavo se
definen de la siguiente forma:
-Femtonodo maestro. Es el coordinador del grupo de femtonodos y siempre
estará radiando, cambiando su potencia de transmisión si es necesario cuando el resto
de los femlonodos están desactivados.
-Femtonodos esclavos. El resto de los femtonodos en el grupo. Estarán
S
radiando o no dependiendo de la carga del grupo o del número de usuarios alojados
según el algoritmo descrito más adelante en el presente documento. Puede ser
necesario un aumento/disminución progresivo de la potencia de transmisión cuando se
activan/desactivan para garantizar la movilidad del usuario desde/a la femtocélula
maestra.
10
Dependiendo de la carga de tráfico o del número total de usuarios, se definen
dos estados jerárquicos de grupos de femtocélulas (tal como se muestra en la figura
3):
-Estado de cobertura compartida (SCS), en el que todas las femtocélulas en el
grupo (maestra y esclavas) están activadas y radiando, cubriendo toda el área.
1S
-Estado de cobertura de solo maestro (OMCS), en el que todos los femtonodos
esclavos están desactivados y sólo el femtonodo maestro permanece activado. La
potencia de transmisión RF del femtonodo maestro y, por tanto, la cobertura, pueden
cambiar con respecto al estado anterior dependiendo del escenario.
El mecanismo de coordinación del grupo jerárquico de femtocélulas es
20
responsable de cambiar de un estado a otro.
Con el fin de implementar la invención es necesario que los femtonodos del
grupo tengan cierta información con respecto a los parámetros que van a usarse en el
algoritmo propuesto por la invención. La manera más sencilla de proporcionar esta
información es a través del sistema de control y gestión (HMS) del despliegue de red
2S
de femtonodos tal como se define en o.
Es importante observar que una vez que el femtonodo está encendido, entre
otras cosas el femtonodo tiene que establecer un canal de comunicación de seguridad
con su sistema de gestión para obtener los parámetros de configuración inicial, tales
como portadora de frecuencia, ancho de banda, potencia RF nominal, PSC o intervalo
30
de PSC, modo de acceso de usuario, modos de traspaso, etc.
La idea es que además de esta información general, el sistema de gestión y
control proporcione al femtonodo en el proceso de configuración inicial tal como
muestra la figura 4, los datos necesarios para la definición del grupo jerárquico
propuesto en la invención. La definición de grupo jerárquico incluye los datos
siguientes:
-Identificación de femlonodo maestro (por ejemplo, el número de serie).
-Lista de identificación de femtonodos esclavos (incluyendo, por ejemplo, los
S
números de serie de los femtonodos esclavos).
-ID de grupo jerárquico. La identificación de grupo jerárquico es una
identificación numérica o alfanumérica para la agrupación formada por el femtonodo
maestro y los femtonodos esclavos. Es importante observar que en el caso de la
release 9 de LTE/UMTS, un grupo jerárquico puede incluir uno o más grupos de
10
abonados cerrados (CSG).
-Parámetros de algoritmo que van a usarse por los femtonodos.
Los parámetros que van a usarse en el algoritmo pueden ser generales (G)
para todos los femtonodos en el grupo, o específicos (S) que indican un valor
particular para cada elemento dependiendo de su función (maestro o esclavo). El
1S
nombre y la descripción de estos parámetros se establece de la siguiente forma:
-Parámetro de decisión (S) Op: Éste es el parámetro usado por los femtonodos
para decidir el estado del grupo de femtonodos, ses u OMCS. El parámetro de
decisión (Op) se calcula en cada periodo de actualización (TUPOATE) por el
femtonodo maestro con la información solicitada a los femtonodos esclavos.
20
Dependiendo del tipo de parámetro de decisión (TOP) (por ejemplo, usuarios activos o
alojados durante el último periodo de tiempo, etc.), cada femtonodo esclavo envía su
medición, y entonces el femtonodo maestro procesa todas las mediciones para
calcular y transmitir el valor de Op que usa el femtonodo para cambiar o no su estado
actual (OMeS o SCS). Una posible realización del parámetro Op es el número de
2S
usuarios activos que están alojados en el femtonodo, o el número de usuarios
inactivos que están alojados en el femtonodo, o cualquier otro parámetro que dé una
indicación de la carga de tráfico del grupo de femtonodos.
-Tipo de parámetro de decisión (G) TOP Este parámetro indica el tipo de
magnitud que va a medirse periódicamente por los femtonodos con el fin de calcular el
30
parámetro de decisión (OP) aplicable en cada periodo de tiempo.
-Umbral de activación (G) UMB. DESACTIVADO-ACTIVADO: Valor umbral
usado para tomar una decisión con respecto a la activación del subsistema RF de
femtonodos esclavos. Por ejemplo, si el TOP son los usuarios activos, este umbral
podría referirse a un cierto número de usuarios activos en el grupo de femtonodos a
partir de los cuales los femtonodos esclavos deben encender su subsistema RF,
puesto que sólo el femtonodo maestro no podría proporcionar servicio a todos los
usuarios activos.
-Umbral de desaclivación (G) UMB. ACTIVADO-DESACTIVADO: Valor umbral
S
usado para tomar una decisión con respecto a la desactivación del subsistema RF de
femtonodos esclavos. Por ejemplo, si el TDP son los usuarios activos, este umbral
podría referi rse a un cierto número de usuarios activos en el grupo de femtonodos a
partir de los cuales los femtonodos esclavos deben apagar su subsistema RF, puesto
que sólo el femlonodo maestro podría proporcionar servicio a todos los usuarios
10
activos.
-Potencia de transmisión alta (8) PALTA:
-Femtonodo maestro: potencia al comienzo del estado de cobertura de solo
maestro (OMeS).
-Femtonodos esclavos: potencia al comienzo del estado de cobertura
15
compartida (SeS).
-Potencia de transmisión baja (S) PBAJA:
-Femtonodo maestro: potencia al comienzo del estado de cobertura
compartida (SeS).
-Femtonodos esclavos: potencia inicial tras encender el subsistema RF en la
20
transición al estado de cobertura compartida (SeS).
-Tiempo de activación (G) T DESACTlVADO-ACTlVADO: Tiempo de transición desde el
estado de cobertura de solo maestro (OMCS) al estado de cobertura compartida
(SCS). Este tiempo corresponde al tiempo transcurrido en el femtonodo maestro desde
la potencia actual (normalmente PALT,J a PBAJA y en los femtonodos esclavos desde
2S
PBAJA a PALTA.
-Tiempo de desactivación (G) T ACTlVADO-DESACTlVADO: Tiempo de transición desde
el estado de cobertura compartida (SeS) al estado de cobertura de solo maestro
(OMeS). Este tiempo corresponde al tiempo transcurrido en el femtonodo maestro
desde la potencia actual (normalmente PBAJA) a PALTA y en los femtonodos esclavos
30
desde la potencia actual (normalmente PALlA) a PBAJA justo antes de apagar su
subsistema RE
-Tiempo de actualización (G) T ACTUALIZAC/ÓN: Periodo de tiempo para actualizar
el valor del parámetro de decisión (Dp). Usado por el femtonodo maestro para el
intercambio de mensajes a través de la LAN.
Es importante señalar que sólo los parámetros relacionados con transmisión de
potencia RF son parámetros específicos puesto que dependen de la función del
femtonodo (maestro o esclavo), los valores serán diferentes y pueden personalizarse
para cada femtonodo si es necesario. El resto de parámetros son generales para todos
S
los femtonodos porque la transición desde un estado a otro debe realizarse de manera
sincronizada con el mismo tiempo de transición.
Para un caso particular de un grupo de tres femtonodos (1 maestro y 2
esclavos) con 8 usuarios como máxima capacidad por nodo, y usando como tipo de
parámetro de decisión (TPD) el número de usuarios activos, los umbrales activado
10
desactivado y desactivado-activado pueden ser 4 y 6 usuarios activos
respectivamente, de modo que si el parámetro de decisión Op en un periodo de tiempo
dado es inferior a 4, los femtonodos pasarán a estado OMCS (sólo activado el
femtonodo maestro). Por otro lado, si el parámetro de decisión Op es mayor o igual a
6, los femtonodos pasarán a estado SCS (todos los ferntonodos activados).
15
El mecanismo de coordinación se basa en el intercambio de mensajes entre los
femtonodos maestro y esclavo.
El femtonodo maestro es el coordinador para el intercambio de información.
Recopila las mediciones individuales de los femtonodos esclavos, calcula el valor del
parámetro de decisión (Op), incluyendo su propia medición, y lo envía de vuelta a los
20
femtonodos esclavos.
El protocolo de coordinación se muestra esquemáticamente en la figura 5.
Cada TACTUALIZACIÓN el femtonodo maestro solicita a los femtonodos esclavos la
actualización de sus mediciones. Los ferntonodos esclavos envían esta información y
a continuación el femtonodo maestro calcula el nuevo valor del parámetro de decisión
2S
(Op) y lo transmite a los femtonodos esclavos. Los femtonodos usarán el parámetro de
decisión (Op) para tomar una decisión acerca de su subsistema RF.
Se supone que en un despliegue de femtocélulas conectadas en red en el que
se usan técnicas de equilibrado de movilidad y carga entre femtonodos, existe un
mecanismo establecido previamente para intercambio de mensajes entre femtonodos
30
a través de la infraestructura de comunicación local (por ejemplo, aunque sin excluir
ninguna otra implementación, una LAN Ethernet), de modo que los mensajes
implicados en este intercambio de información pueden enviarse a través de IP usando
la infraestructura común a la que están conectados todos.
En la figura 6 se muestra el diagrama de flujo para el proceso realizado en el
femtonodo maestro. En el proceso de arranque, el femtonodo maestro inicializa los
parámetros indicados anteriormente y se ajusta al estado de cobertura compartida. A
continuación el proceso va al lazo principal comprobando si el valor de parámetro de
decisión (Op) ha cambiado o no. Cuando se observa un cambio se compara el nuevo
S
valor OP con los umbrales ajustados previamente definidos en los parámetros.
Si D, < UMB. ACTIVADO-DESACTIVADO (condición de desaclivación de
femtonodo esclavo) y el estado no es OMeS, el femtonodo maestro cambia su
potencia de transmisión de manera gradual desde su valor actual a P ALl A y su estado
pasa a OMCS.
10
Si D, ~ UMB. DESACTIVADO-ACTIVADO (condición de aclivación de
femtonodo esclavo) y el estado no es ses, el femtonodo maestro cambia su potencia
de transmisión de manera gradual desde su valor actual (normalmente PALTA) a PBAJA y
su estado pasa a SCS.
La transición desde el valor de potencia actual a PALTA o PSAJA, dependiendo del
l S
caso, se realiza de manera gradual con el fin de dejar que los usuarios móviles activos
cambien la femtocélula que da servicio si es necesario_
El tiempo de transición es el valor del tiempo de desactivación (TACTIVADO
DESACTIVADO) para la transición al estado de cobertura de sólo maestro, o el tiempo de
activación (TDESACTIVADO.ACTIVADO) para la transición al estado de cobertura compartida.
20
En la figura 7 se muestra el diagrama de flujo para el proceso realizado en los
femtonodos esclavos. En el proceso de arranque, los femtonodos esclavos inicializan
los parámetros indicados anteriormente y se ajustan al estado de cobertura
compartida. A continuación, el proceso en cada femtonodo va al lazo principal
comprobando si el valor de parámetro de decisión (Dp ) ha cambiado o no. Cuando se
2S
observa un cambio, el nuevo valor Dp se compara con los umbrales ajustados
previamente definidos en los parámetros_
Si Dp < UMB. ACTIVADO-DESACTIVADO (condición de desactivación de nodo
esclavo) y el estado no es OMCS, el femtonodo esclavo cambia su potencia de
transmisión de manera gradual desde su valor actual (normalmente PALTA) a PBAJA,
30
justo antes de activar su subsistema RF y su estado cambia a OMCS. Durante el
tiempo de transición (TACTIVADO-DESACTIVADO), si es necesario, el femtonodo
esclavo fuerza a sus usuarios activos a realizar un traspaso a la femtocélula maestra.
Si D, ~ UMB. DESACTIVADO-ACTIVADO (condición de aclivación de
femtonodo esclavo) y el estado no es SCS, el femtonodo esclavo en primer lugar
activa su parte RF con una baja potencia (PBAJA) y a continuación aumenta de
manera gradual la potencia a PALTA con el fin de dejar que los usuarios móviles
activos en el femlonodo maestro cambien la célula que da servicio si es necesario y su
estado pasa a ses.
5
Como en el caso del femtonodo maestro, el tiempo de transición es el valor del
tiempo de desactivación (TACTIVADO-DESACTl VADO) para la transición al estado de cobertura
de sólo maestro, o el tiempo de activación (T DESACTIVADO_ACTIVADO) para la transición al
estado de cobertura compartida.
La invención puede usarse en varios escenarios, personalizando los
10
parámetros de algoritmo de grupo jerárquico con diferentes fines.
Se prevén tres tipos principales de escenarios de aplicación: Auditorio o
escenario tipo 1, edificio de oficinas o escenario tipo II y estación base convencional o
escenario tipo 111.
1. Auditorio o escenario tipo I
15
Este es el caso de entornos con tráfico muy variable y varios femtonodos
sobredimensionados para soportar picos de tráfico (tal como se muestra en la figura
8)
En este escenario, un femtonodo en el centro del auditorio debe ser suficiente
para cubrir toda el área cuando la carga de tráfico es muy baja. Esto corresponde al
20
estado de cobertura de sólo maestro en la invención propuesta. En este estado, la
potencia de transmisión del femtonodo maestro debe maximizarse para cubrir toda el
área.
Sin embargo, cuando el tráfico aumenta es necesario que el resto de los
femtonodos den servicio a todos los usuarios, lo que corresponde al estado de
2S
cobertura compartida. Cuando los femtonodos esclavos están activados, la cobertura
de femtonodo maestro se reduce. Ambos estados pueden verse en la figura 9.
Una transición suave entre los dos estados es necesaria para garantizar que
las llamadas activas no resultan afectadas y se realiza el traspaso desde la célula que
da servicio antigua a la nueva que cubre la ubicación móvil.
30
El cambio de estado para este escenario se basa en la carga de grupo.
El procedimiento de activación para este escenario se muestra en la figura 10.
Inicialmente, en un estado de baja carga, sólo está activado el femtonodo
maestro, puesto que es suficiente para cubrir toda el área. La potencia de transmisión
para el femtonodo maestro se ajusta al valor alto (PAL TA_MAESTRO).
Cuando se supera el umbral de activación de carga (Op ~ UMB.
DESACTIVADO-ACTIVADO), el procedimiento de activación se realiza en dos etapas:
-Una primera etapa es la activación de los femtonodos esclavos con una
potencia mínima (PBAJA E SCLAVO) , manteniendo la potencia de transmisión del
S
femtonodo maestro al mismo nivel.
-Una segunda etapa es el equilibrado de potencia. En un periodo de tiempo
TACTIVADO-DESACTIVADO, la potencia de transmisión tanto del femtonodo maestro
como de los femtonodos esclavos se cambia de manera gradual al valor final (PALl A
para los femtonodos esclavos y PBAJA para el femlonodo maestro).
10
Durante esta transición, los usuarios que estaban originalmente en el área de
cobertura de femtonodo maestro y al final están en el área de cobertura de un
femtonodo esclavo pueden moverse de una femtocélula maestra a una femtocélula
esclava o bien mediante reselección si estaban en modo inactivo, o bien mediante
traspaso, si estaban en el modo activo.
1 S
A partir de este momento, puede aplicarse cualquier otro procedimiento de
equilibrado de carga para el grupo, y la potencia de transmisión del femtonodo
maestro y de los femtonodos esclavos puede cambiarse en consecuencia.
El procedimiento de apagado para este escenario se muestra en la figura 11 .
Cuando todos los femtonodos están radiando y la carga de grupo disminuye y
20
cae por debajo del umbral de desactivación (Dp < UMB. ACTIVADO-DESACTIVADO),
los femtonodos esclavos se desactivan de nuevo.
El procedimiento de desactivación también se realiza en dos etapas:
-La primera etapa es el equilibrado de potencia. En un periodo de tiempo
TDESACTIVAOQ.ACTIVAOO, la potencia de transmisión tanto del femtonodo maestro como de
2S
los femtonodos esclavos se cambia de manera gradual al valor final (PBAJA para los
femtonodos esclavos y PALTA para el femtonodo maestro).
-La segunda etapa es la desactivación de los femtonodos esclavos.
Durante esta transición, los usuarios que estaban originalmente en un área de
cobertura de femtonodo esclavo y al final están el área de cobertura de femtonodo
30
maestro pueden moverse desde la femtocélula esclava a la femtocélula maestra o bien
mediante reselección si estaban en modo inactivo, o bien mediante traspaso, si
estaban en modo activo. En cualquier caso, antes de la desactivación, los femtonodos
esclavos deben forzar el traspaso a la femtocélula maestra de usuarios con llamadas
activas.
2. Edificio de oficinas o escenario tipo 11
Este es el caso de entornos en los que no hay tráfico durante largos periodos
de tiempo como los edificios de oficinas. Durante la mayor parte de las horas
nocturnas y fines de semana no hay personas en la oficina y los femtonodos pueden
S
desactivarse para ahorrar energía (tal como se muestra en la figura 12).
El estado de cobertura de sólo maestro y el estado de cobertura compartida
para este escenario se muestra en la figura 13.
En este caso, puede usarse un femtonodo maestro en el área de acceso para
determinar si el resto de femtonodos debe activarse y radiar o no.
10
La presencia de un usuario en el área de acceso, detectada por el registro en el
femtonodo maestro, puede usarse para activar los femtonodos esclavos e ir al estado
de cobertura compartida.
Del mismo modo, cuando no hay usuarios registrados en ninguno de los
femtonodos (maestro o esclavo), los ferntonodos esclavos puede desactivarse para
1S
ahorrar energía.
La cobertura del femtonodo maestro puede ser igual para ambos estados
porque cuando no hay usuarios sólo debe cubrirse el área de acceso.
Una transición suave entre ambos estados no es necesaria puesto que no
resulta afectada ninguna llamada activa.
20
El cambio de estado para este escenario se basa en el número total de
usuarios registrados en el grupo de femtocélulas (usuarios en modo inactivo y usuarios
en modo activo). El umbral para cambiar el estado en este caso debe ser cero.
El procedimiento de activación para este escenario se muestra en la figura 15.
Inicialmente, sin usuarios alojados, sólo el femtonodo maestro está activado,
2S
puesto que es suficiente para cubrir el área de acceso. La potencia de transmisión
para el femtonodo maestro se ajusta al valor alto (PALTA_MAESTRO).
Cuando un usuario entra en el edificio y se aloja en la femtocélula maestra, el
umbral de activación se supera (Dp ~ UMB. DESACTIVADO-ACTIVADO = O), el
procedimiento de activación se realiza sólo en una etapa.
30
Puesto que no debe garantizarse la continuidad del servicio porque no hay
usuarios en el área de femtocélulas esclavas, no es necesaria ninguna etapa de
equilibrado de potencia.
Con respecto al algoritmo, PALTA = PBAJA, para los femtonodos maestro y
esclavo, y TDESACTJVAOO.ACTlVADOeS cero.
A partir de este momento, puede aplicarse cualquier otro procedimiento de
equilibrado de carga para el grupo, y la potencia de transmisión de los femlonodos
maestro y esclavo puede cambiarse en consecuencia.
El procedimiento de apagado para este escenario se muestra en la figura 15.
5
Cuando todos los femtonodos están radiando pero no hay usuarios alojados en
ninguna de las femtocélulas, los femtonodos esclavos se desactivan de nuevo.
Puesto que no debe garantizarse la continuidad del servicio porque no hay
usuarios en el área de femtocélulas esclavas, no es necesaria ninguna etapa de
equilibrado de potencia.
10
Con respecto al algoritmo PALTA = PBAJA , para los femtonodos maestro y
esclavo, y TACTIVADO-OESACTlVADO eS cero.
3. Estación base convencional o escenario tipo III
Las realizaciones anteriores se refieren a implementaciones de femtonodos,
pero este concepto puede aplicarse a estaciones base convencionales, que incluyen
l S
macrocélulas, microcélulas y picocélulas de potencia alta/media. En este caso, se
define un primer nivel de células de cobertura básica complementado con un segundo
nivel de células para potenciar la capacidad, con un alto solapamiento entre niveles.
En despliegues urbanos densos normalmente existe un gran solapamiento entre
células para obtener una alta capacidad de tráfico. Las primeras células de cobertura
20
básica pueden aumentar su potencia transmitida, para aumentar su cobertura, cuando
las células de capacidad no son necesarias y entonces están desactivadas, y
viceversa, pueden disminuir su potencia transmitida cuando las células esclavas están
activadas, para aumentar la capacidad de despliegue. El funcionamiento del escenario
de estación base convencional presenta muchas similitudes con el escenario de
2S
auditorio.
En el caso de 3GPP L TE, la comunicación entre estaciones base LTE
(eNodoB) se implementa a través de la interfaz X2 [1] [21] que soporta funcionalidades
como traspaso entre ENodoB, gestión de interferencia y activación/desactivación de
eNodosB para ahorrar energía, aunque para soportar esta invención el protocolo X2
30
debe extenderse, para permitir la transmisión del protocolo y los parámetros
requeridos.
En el caso de 3GPP UMTS/HSPA, todas las estaciones base que componen
un grupo jerárquico están controladas por el mismo controlador de red de radio (RNC),
que dispone de toda la información necesaria desde los NodosB, no siendo necesarias
las comunicaciones entre NodosB. El RNC reúne toda la información necesaria, toma
las decisiones, modificando los valores de potencia de radio o activando/desactivando
las secciones de radio del eNodoB que componen el grupo jerárquico.
Una transición suave entre los dos estados (SeS y OMeS) es necesaria para
S
garantizar que las llamadas activas no resultan afectadas y se realiza el traspaso
desde la célula que da servicio antigua a la nueva cubriendo la ubicación móvil.
Como en el caso de la femtocélula, el cambio de estado para este escenario se
basa en el parámetro de decisión (Op) elegido que como ejemplo puede ser carga de
grupo o número de terminales activos/inactivos, etc. El subsistema LTE O&M envía los
10
valores de algoritmo iniciales.
Inicialmente, en un estado de baja carga, sólo está activada la estación base
maestra, puesto que puede cubrir las necesidades de servicio de toda el área. La
potencia de transmisión para el femtonodo maestro se ajusta al valor alto
(PALTA_MAESTRO).
1S
Cuando se supera el umbral de activación de carga (Dp ~ UMB.
DESACTIVADO-ACTIVADO), el procedimiento de activación se realiza en dos etapas:
Una primera etapa es la activación de las estaciones base esclavas con una
potencia mínima ( P BAJA_ESCLAVO), manteniendo la potencia de transmisión del
femtonodo maestro al mismo nivel.
20
Una segunda etapa es el equilibrado de potencia. En un periodo de tiempo
TACTIVAOO-DESACTIVAOO, la potencia de transmisión del femtonodo maestro y de los
femtonodos esclavos se cambia de manera gradual al valor final ( P ALTA para los
femtonodos esclavos y P BAJA para el maestro).
Durante esta transición, los usuarios que estaban originalmente en el área de
2S
cobertura de femtonodo maestro y al final están en el área de cobertura de un
femtonodo esclavo pueden moverse desde la célula maestra a la célula esclava o bien
mediante reselección si estaban en modo inactivo, o bien mediante traspaso, si
estaban en modo activo.
A partir de este momento, puede aplicarse cualquier otro procedimiento de
30
equilibrado de carga para el grupo, y la potencia de transmisión de los femtonodos
maestro y esclavos puede cambiarse en consecuencia. El procedimiento de activación
para este escenario se muestra en la figura 17.
Cuando todas las células están radiando y la carga de grupo disminuye, y cae
por debajo del umbral de desactivación (Dp < UMB. ACTI VADO-DESACTI VADO), las
células esclavas se desactivan de nuevo.
El procedimiento de desactivación se realiza en dos etapas:
-La primera etapa es el equilibrado de potencia. En un periodo de tiempo
TDESACTIVADo.ACTIVADO, las potencias de transmisión de femtonodos maestro y esclavos
S
se cambian de manera gradual al va lor final (PBAJA para los femtonodos esclavos y
P ALl A para el maestro).
-La segunda etapa es la desactivación de las estaciones base esclavas.
Durante esta transición, los usuarios que estaban originalmente en un área de
cobertura de femtonodo esclavo y finalmente están en el área de cobertura de
10
ferntonodo maestro, pueden moverse desde una célula esclava a la célula maestra, o
bien mediante reselección, si estaban en modo inactivo, o bien mediante traspaso, si
estaban en modo activo. En cualquier caso, antes de la desactivación, la célula
esclava debe forzar el traspaso a la célula maestra de usuarios con llamadas activas.
El procedimiento de apagado para este escenario se muestra en la figura 11 .
15
-Ventajas de la invención
La principal ventaja de esta invención, tal como se ha descrito en esta solicitud
de patente, es la desactivación de cualquier emisión de radio innecesaria de
femtonodos o estaciones base convencionales en un grupo conectado en red cuando
las condiciones de carga o el número de usuarios son lo suficientemente bajos para
20
darles servicio sólo con un femtonodo ubicado apropiadamente.
De este modo, puede reducirse el nivel promedio de interferencia en un edificio
de oficinas, por ejemplo, puesto que en muchas ocasiones muchos femtonodos no
estarán radiando, y a continuación los femtonodos activos y la capa de macronodos
experimentarán una menor interferencia, dándoles la posibilidad de proporcionar una
2S
velocidad de transferencia de datos mayor a los clientes.
Por otro lado, cuando el número de femtonodos que radia es mayor de lo
requerido para la carga de usuarios actual o no hay usuarios cerca, se obtiene un
consumo de energía innecesario, que entonces puede reducirse si se implementa el
procedimiento de desactivación de la invención.
30
Las ventajas más destacables derivadas de la implementación de esta
invención pueden resumirse en los siguientes puntos:
1. Ahorro de energía, puesto que sólo la estación base o femtonodo maestros
están activados todo el tiempo (desde el punto de vista del ahorro de energía, es mejor
un femtonodo a máxima potencia que varios a la potencia nominal).
2. Cuando las estaciones base o femtonodos esclavos se apagan, la
interferencia con otra macroestación base u otros femtonodos se minimiza.
3. Adaptación (adecuación) a entornos con tráfico muy variable (horas con mucho tráfico, puntos calientes).
5 4. No se necesitan elementos externos (interfaces, terminales o equipos adicionales,) para activar-desactivar los femtonodos esclavos.
5. La movilidad entre femtonodos o estaciones base conectados en red se garantiza en los procedimientos de activación/desactivación. En relación con la ventaja de ahorro de energía de la invención, sería muy
10 sencillo estimar el porcentaje de ahorro de energía que puede conseguirse en un grupo de femtonodos si los femtonodos esclavos tienen la posibilidad de desactivar su subsistema RF. Por ejemplo, para una clase particular de femtonodos con los siguientes consumos de energía:
Femtonodo con el subsistema RF desactivado: 16,5 w.
1 S Femtonodo con el subsistema RF activado al valor nominal: 24 w. Femtonodo con el subsistema RF activado al valor máximo: 28 w. Los ahorros de energía conseguidos para diferentes números de femtonodos
esclavos se muestra en la figura 19. Un estudio similar puede llevarse a cabo para estaciones base convencionales. Tal como se muestra en la figura 19, dependiendo 20 del porcentaje de tiempo que las secciones RF de femtonodos esclavos están desactivadas, el ahorro de energía es mayor o menor. En este ejemplo, el cálculo del consumo de energía cuando los femtonodos esclavos han desactivado la parte RF es la suma del consumo de los femtonodos esclavos con el subsistema RF desactivado y el femtonodo maestro con el subsistema RF activado al valor máximo. Asimismo, el
2S valor de referencia de consumo de energía cuando todos los femtonodos están activos se calcula como la suma del consumo de todos los nodos (maestro y esclavos) con el subsistema RF activado al valor nominal. Por último es importante observar que el mecanismo de apagado propuesto en esta invención está especialmente adaptado a escenarios con picos de tráfico muy
30 pronunciados, en los que mantener operativos todos los femtonodos sólo se justifica cuando la zona de cobertura se usa completamente (por ejemplo, eventos en un auditorio, cobertura de infraestructura de ferias de negocios cuando hay un evento, etc.).
Un experto en la técnica puede introducir cambios y modificaciones en las
realizaciones descritas sin apartarse del alcance de la invención tal como se define en las reivindicaciones adjuntas.
Siglas
3G
Third Generation cell-phone technology, Tecnología de telefonía
celular de tercera generación.
3GPP
Third Generation Partnership Program; Programa de
S
colaboración de tercera generación.
4G
Fourth Generation ce//-phone techn%gy, Tecnología de
telefonía celular de cuarta generación.
ADSL
Asymmetric Digital Subscriber Une; Línea de abonado digital
asimétrica.
10
AGW Access Gateway; Pasarela de acceso.
CN
Gare Network; Red núcleo.
CPE
Customer Premises Equipment, Equipos de las instalaciones del
cliente.
CSG
Closed Subscriber Group; Grupo de abonados cerrado.
15
DSL Digital Subscriber Une; Línea de abonado digital.
eNB
LTE Base Station; Estación base L TE.
FOD
Frequency Division Duplex; Duplexación por división de
frecuencia.
GPS
Global Position System; Sistema de posicionamiento global.
20
HMS H(e)NB Managemenl Syslem; Sistema de gestión de H(e)NB.
HNB
Home Nade B; Nodo B doméstico
HeNB
Home evolved Node B; Nodo B doméstico evolucionado
HGW
Home Gateway; Pasarela doméstica.
HSDPA
High Speed Down/ink Packet Access; Acceso por
2S
paquetes de enlace descendente a alta velocidad.
ICWMC
InternationaJ Conference on Wirefess and Mobile
Comunications; Congreso internacional sobre comunicaciones inalámbricas y móviles.
IP
Internet Protocol; Protocolo de Internet.
LAN
Local Área Network, Red de área local.
30
LTE Long Term Evolution; Evolución a largo plazo.
OAM
Operations, Administration and Maintenance; Operaciones,
administración y mantenimiento.
RAN
Radio Access Network; Red de acceso de radio.
RF
Radio Frequency; Radiofrecuencia.
SON Self Organizing Nefworks; Redes autoorganizadas. UE User Equipment; Equipo de usuario. UMTS Universal Mobile Telecomunication System; Sistema universal de
telecomunicaciones móviles. 5 URSI Unían Radio Science Internacional; Unión internacional de ciencias de radio; WCNC Wire/ess Communications and Networking Conference; Congreso sobre comunicaciones inalámbricas y redes. X2 Communications interface between eNB's and HeNB's; Interfaz 10 de comunicaciones entre eNB y HeNS.
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2S
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Claims (16)

  1. REIVINDICACIONES
    1.
  2. 2.
  3. 3.
    Método para ahorrar energía y minimizar el nivel de interferencia en un despliegue de red de nodos de acceso de radio, que comprende la activación y/o desactivación de transceptores RF de uno o más nodos de acceso de radio de dicho despliegue de red de nodos de acceso de radio, en donde dicho despliegue de red de nodos de acceso de radio está dispuesto en una configuración maestro/esclavo ca racterizado porque en dicho despliegue cada nodo es apto para ser asignado, mediante una configuración inicial, cómo nodo de radio maestro o cómo nodo de radio esclavo y porque el método comprende:
    -
    intercambiar información de manera bidireccional entre un nodo de acceso de radio maestro asignado y cada uno de dichos nodos de acceso de radio esclavos asignados, para al menos:
    o enviar cada nodo de acceso de radio esclavo asignado su información de tráfico al nodo de acceso de radio maestro asignado; y
    o procesar, el nodo de acceso de radio maestro dicha información de tráfico recibida para calcular un parámetro de decisión y posteriormente enviar dicho parámetro de decisión a los nodos de acceso de radio esclavos; y
    realizar, los nodos de radio esclavos, dicha activación y/o desactivación automáticamente, de forma autónoma donde cada nodo de acceso de radio esclavo está encargado de cambiar sus propias condiciones de transmisión, por medio de un algoritmo de decisión basándose en dicho parámetro de decisión recibido. Método, según la reivindicación 1, en el que dicha configuración maestro/esclavo inicial comprende dotar a dichos nodos de acceso de radio de datos de configuración iniciales, comprendiendo dichos datos de configuración iniciales al menos uno de los siguientes elementos: identificación de nodo maestro, lista de identificación de nodos esclavos, ID de grupo jerárquico, parámetros de algoritmo que van a procesarse por dicho algoritmo de decisión,
    o una combinación de éstos. Método según la reivindicación 2, en el que dichos parámetros de algoritmo son al menos uno de: dicho parámetro de decisión, tipo de parámetro de
  4. 4.
  5. 5.
  6. 6.
  7. 7.
  8. 8.
  9. 9.
  10. 10 .
    1 1.
    decisión, umbral de activación, umbral de desactivación, potencia de transmisión alta, potencia de transmisión baja, tiempo de activación, tiempo de desactivación y tiempo de actualización. Método según la reivindicación 3, que comprende determinar dicha información de tráfico por el tipo indicado por dicho tipo de parámetro de decisión. Método según la reivindicación 1, en el que dicho parámetro de decisión enviado por dicho nodo de acceso maestro a los nodos de acceso de radio esclavos es igual para todos los nodos de acceso de radio esclavos. Método según la reivindicación 1 Ó 5, que comprende enviar, el nodo de acceso de radio maestro, una petición de actualización a los nodos de acceso de radio esclavos cada tiempo de actualización, para solicitar a estos últimos que envíen su información de tráfico, y recalcular el parámetro de decisión. Método según la reivindicación 3 ó 6, en el que dicho tiempo de actualización comprende el periodo de tiempo para actualizar el valor de dicho parámetro de decisión. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende usar cada uno de dichos nodos de acceso de radio esclavos dicho algoritmo de decisión para comparar el parámetro de decisión recibido con dichos umbrales de activación y desactivación, y desactivar un nodo de acceso de radio esclavo si el parámetro de decisión recibido es menor que dicho umbral de desactivación y activar un nodo de acceso de radio esclavo si el parámetro de decisión recibido es mayor que dicho umbral de activación. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende realizar dicha activación de manera gradual según dicho parámetro de tiempo de activación y/o realizar dicha desactivación de manera gradual según dicho parámetro de tiempo de desactivación. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además controlar la potencia de transmisión de dicho nodo de acceso de radio maestro. Método según la reivindicación 10 cuando depende de la reivindicación 3, que comprende usar dichos nodos de acceso de radio maestros dicho algoritmo de decisión para comparar el parámetro de decisión con dichos umbrales de activación y desactivación, y aumentar la potencia de transmisión del nodo de acceso de radio maestro a la indicada por dicho parámetro de potencia de
  11. 12 .
  12. 13 .
  13. 14 .
  14. 15 .
    transmisión alta si el parámetro de decisión es menor que el umbral de desactivación y/o disminuir la potencia de transmisión del nodo de acceso de radio maestro a la indicada por dicho parámetro de potencia de transmisión baja si el parámetro de decisión es mayor que el umbral de activación. Método según la reivindicación 11, que comprende realizar dicho aumento de la transmisión de manera gradual según el parámetro de tiempo de activación y/o realizar dicha disminución de la potencia de transmisión de manera gradual según el parámetro de tiempo de desactivación. Método según cualquiera de las reivindicaciones 9 a 12, que comprende realizar dicho control de la potencia de transmisión de dicho nodo de acceso de radio maestro y dichos nodos de acceso de radio esclavos que se activan y/o se desactivan con el fin de cubrir siempre de manera sustancial la misma área de cobertura. Método, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dichos nodos de acceso de radio son nodos de femtocélula. Sistema de despliegue de red de nodos de acceso de radio para ahorrar energía y minimizar el nivel de interferencia, que comprende una pluralidad de nodos de acceso de radio con transceptores RF respectivos que pueden activarse y desactivarse, en el que el sistema se caracteriza porque dichos nodos de acceso de radio están dispuestos según una configuración maestro/esclavo, y porque comprende unos medios de control para realizar dicha activación y/o desactivación de manera automática y aplicada a nodos de acceso de radio esclavos de dicho despliegue de red de nodos de acceso de radio, en donde dichos medios de control además comprenden:
    -
    unos primeros medios de procesamiento incluidos en el nodo de acceso de radio maestro que implementan un algoritmo de decisión para calcular un parámetro de decisión ; y -unos segundos medios de procesamiento incluidos en cada uno de los nodos de acceso de radio esclavos para realizar dicha activación y desactivación de su transceptor RF, en donde dicho sistema está previsto para implementar el método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14. Sistema de despliegue de red de nodos de acceso de radio según la reivindicación 15, en el que dichos primeros medios de procesamiento también
  15. 16 .
    están previstos para realizar un control de la potencia de transmisión del nodo de acceso de radio maestro.
  16. 17 . Sistema de despliegue de red de nodos de acceso de radio según la reivindicación 16, que comprende además un sistema de gestión que dota a los nodos de acceso de radio de los datos de configuración iniciales.
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