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WO2013045864A1 - Traitement de donnees pour l'allocation de ressources radio - Google Patents

Traitement de donnees pour l'allocation de ressources radio Download PDF

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Publication number
WO2013045864A1
WO2013045864A1 PCT/FR2012/052222 FR2012052222W WO2013045864A1 WO 2013045864 A1 WO2013045864 A1 WO 2013045864A1 FR 2012052222 W FR2012052222 W FR 2012052222W WO 2013045864 A1 WO2013045864 A1 WO 2013045864A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
priority
radio resource
streams
resource units
served
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/FR2012/052222
Other languages
English (en)
Inventor
Jérôme GALTIER
Jean-Marc Kelif
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Orange SA
Original Assignee
France Telecom SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by France Telecom SA filed Critical France Telecom SA
Publication of WO2013045864A1 publication Critical patent/WO2013045864A1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W72/00—Local resource management
    • H04W72/50—Allocation or scheduling criteria for wireless resources
    • H04W72/56—Allocation or scheduling criteria for wireless resources based on priority criteria
    • H04W72/566—Allocation or scheduling criteria for wireless resources based on priority criteria of the information or information source or recipient
    • H04W72/569—Allocation or scheduling criteria for wireless resources based on priority criteria of the information or information source or recipient of the traffic information
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W72/00—Local resource management
    • H04W72/12—Wireless traffic scheduling
    • H04W72/1221—Wireless traffic scheduling based on age of data to be sent
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W72/00—Local resource management
    • H04W72/20—Control channels or signalling for resource management
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W72/00—Local resource management
    • H04W72/50—Allocation or scheduling criteria for wireless resources
    • H04W72/535—Allocation or scheduling criteria for wireless resources based on resource usage policies

Definitions

  • the present invention is directed to data processing for allocating radio resources to terminals in a packet radio network.
  • the present invention is applicable to a cellular network using LTE (Long Term Evolution) technology and / or using the Orthogonal Frequency-Division Multiple Access (OFDMA) technique.
  • LTE Long Term Evolution
  • OFDMA Orthogonal Frequency-Division Multiple Access
  • LTE technology increases user throughput up to 100 Mbps downlink and 50 Mbps uplink for 20MHz bandwidth.
  • the LTE technology also makes it possible to reduce the RRT (Round Trip Time) time below 10ms.
  • LTE technology uses Orthogonal Frequency Division Multiplex (OFDM) modulation to share radio resources among users.
  • OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplex
  • the allocation must be carried out so that, in a given sub-frame of 1ms, the spectrum assigned to a user is contiguous.
  • control data should not be inserted into the bandwidth assigned to a user, and the bandwidth allocated to two users should not be interleaved.
  • the planning of the allocation of radio resources is carried out by the transmission of control data, which consumes up to three OFDM symbols out of a total number of symbols of twelve or fourteen, ie ie up to 25% of radio resources.
  • this planning space can be reduced to only 8% of radio resources, but such systems can only serve a limited number of terminals per time slot.
  • the invention proposes a data processing method for realizing a radio resource allocation in a packet radio cellular network, said cellular radio network comprising a base station and a set of user equipments configured for exchanging data. useful data streams with the base station, the method being implemented by the base station and comprising the following steps:
  • the resource allocation method proposed in this invention minimizes bandwidth devoted to resource planning while maintaining, at all times, a planning bandwidth adapted to the number of present terminals and their quality constraints. on duty.
  • step a) comprises the steps of:
  • This method makes it possible to limit the number of radio resource units allocated to the transmission of control data to what is actually needed to serve priority priority data streams waiting to be served.
  • step c) comprises
  • step c) comprises a determination of the maximum number of non-priority streams that may be served during said time interval, as a function of said maximum number of priority streams likely to be served during said time interval.
  • the priority streams to be prioritized are selected among the priority streams waiting to be served for the longest, when all the priority streams can not be served during the same time interval, the priority flows to be used are selected among the non-priority flows that are waiting to be served the longest.
  • step c) comprises for the useful data stream (s) of a given priority level x to be used during said time interval:
  • the various steps of the method according to the invention are implemented by software or computer program, this software comprising software instructions intended to be executed by a data processor of a base station and being designed to control the execution of the different steps of this process.
  • the invention also proposes a computer program comprising instructions for implementing the method according to the invention when this program is executed by a processor.
  • the invention also proposes a base station configured to perform a radio resource allocation in a packet radio cellular network comprising a set of user equipment configured to exchange useful data streams with the base station, the base station. comprising:
  • the invention is implemented by a base station by means of software and / or hardware components.
  • the term "module” may correspond in this document to both a software component, a hardware component or a set of hardware and / or software components, capable of implementing a function or a set of functions, as described below for the module concerned.
  • the base station thus comprises modules or software and / or hardware components for implementing and executing the various steps of the method according to the invention (data processing method / resource allocation method) as defined and described in this document, in its various embodiments.
  • the invention also proposes a cellular radio network comprising at least one base station as described above and a set of user equipment configured to exchange data with the base station.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a cellular radio network according to one embodiment of the invention.
  • Figure 2 is a block diagram showing a base station of the cellular radio network of Figure 1;
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating the steps of a method for allocating radio resources according to one embodiment of the invention, this flow chart possibly representing the general algorithm of the computer program within the meaning of the invention;
  • FIG. 4 is a graph illustrating the performances obtained by using the radio resource allocation method
  • Figure 5 is a diagram illustrating certain aspects of the allocation method
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating the substeps of a step of the radio resource allocation method.
  • FIG. 1 represents a cellular radio network comprising a base station 1 and a set of UE UE UE 2 and UE 3 UEs configured to exchange data with the base station 1.
  • the cellular radio network uses a communication technology allowing dynamic planning, such as LTE (Long Term Evolution) technology.
  • LTE Long Term Evolution
  • FIG. 2 represents the base station 1, which comprises a transmission-reception module 10 configured to enable the exchange of data with network equipment, in particular with the user equipment UEi, UE 2 and UE 3 .
  • the data exchanged between the user equipment UEi, UE 2 and UE 3 and the base station 1 include control data, defining a resource allocation, and useful data.
  • the base station 1 further comprises a processing module 11 configured to process received data and data to be transmitted.
  • the processing module 11 is configured to perform data modulation and to allocate available radio resources.
  • the allocation of radio resources is done in Orthogonal Frequency - Division Multiple Access (OFDMA).
  • OFDMA Orthogonal Frequency - Division Multiple Access
  • the allocation of radio resources is performed periodically, the time interval defining the allocation periodicity is named "Transmission Time Interval" (TTI) in the LTE standard and is currently set to 1 ms.
  • TTI Transmission Time Interval
  • the available total frequency range is divided into a predefined number (equal to 12 or 14 for example) of frequency bands that can be allocated. Each frequency band can be allocated:
  • a frequency band thus constitutes a radio resource unit. Allocating such a radio resource unit to a device means that that equipment will be allowed to transmit in the frequency band that defines that radio resource unit.
  • FIG. 5 schematically represents a radio resource unit allocation matrix for eight time slots T1 to T8 and seven frequency bands B1 to B7: each column of the matrix corresponds to a time interval TTI, each line of the matrix corresponds to a frequency band.
  • the control data is transmitted by the base station to one or more devices via a downlink control channel called PDCCH (Physical Downlink Control Channel) in the LTE standard.
  • PDCCH Physical Downlink Control Channel
  • the processing module 11 allocates the available radio resource units.
  • the processing module 11 is configured to dynamically determine the number of radio resource units to be allocated to the transmission of control data.
  • the control data can consume a variable number of radio resource units, this number being, in the case of example of the LTE standard, between one and three.
  • the processing module 11 is further configured to determine a number of radio resource units available for the transmission of payload data, taking into account the number of radio resource units allocated to the transmission of control data.
  • the processing module 11 is also configured to allocate, to the user equipment having data to be transmitted or received, radio resource units available for the transmission of useful data.
  • Each allocation results in an allocation table that is used to define how the different radio resource units are allocated.
  • an allocation table defines a set of C values Ci, where Q:
  • an allocation table defines a possible allocation configuration.
  • the processing module 11 is also configured to determine, for a given allocation / allocation configuration table - which corresponds to an allocation made or envisaged - a performance parameter characterizing this allocation from the point of view of the rate of utilization of the allocation. bandwidth, and to look for the allocation configuration that maximizes the performance parameter.
  • the processing module 11 is also configured to allocate one or more radio resource units to at least one subset of the set of user equipments according to the optimal configuration found.
  • FIG. 3 represents steps of an OFDMA radio resource allocation method according to one embodiment of the invention. The method is for example implemented in the base station 1.
  • step S1 base station 1 allocates a number of radio resource units for transmission of control data.
  • the assignment is performed by applying a predetermined attribution rule.
  • the allocation rule to be applied is chosen from a set of several predetermined allocation rules, for example according to at least one quality of service criterion and / or desired performance: to maximize the bit rate or to reduce the transmission delay of non-priority data, known as "best effort" data.
  • the rule set includes three predetermined attribution rules.
  • a first allocation rule RI defines that a minimum number of radio resource units must be allocated for the transmission of control data, thereby increasing the available bandwidth for the payload.
  • a second allocation rule R2 defines that a maximum number of radio resource units must be allocated for the transmission of control data, which makes it possible to reduce the transmission delay of non-priority useful data, called “best" data. effort ".
  • a third allocation rule R3 defines that an intermediate number of radio resource units must be allocated for the transmission of control data, so as to obtain a compromise between the available bandwidth for the payload and the transmission delay. non-priority useful data.
  • the allocation rule to be applied is chosen according to at least one quality of service criterion, in particular as a function of the quantity of data to be transmitted and / or the number of user equipment having data. to transmit or receive.
  • the number of radio resource units for the transmission of control data can be reduced (in this case, the first rule will be chosen first) when the quantity of data to be transmitted is greater than a predetermined threshold, to have a sufficient flow rate, and can be increased (in this case, the second rule will be chosen first) when the number of user equipment exceeds a predetermined threshold, so that all the requests (or at least all the requests considered as priorities) can be addressed by the control data.
  • base station 1 tests whether it is possible to transmit, by means of the assigned radio resource units for the transmission of control data, all the control data necessary to send all the useful data to pass.
  • the base station 1 When all the control data, which are necessary to address the useful data to be transmitted, can not be transmitted, the base station 1 increases the number of radio resource units allocated to the transmission of control data: it assigns a new number of radio resource units for transmission of control data, the new number being greater than the initial number of radio resource units for transmission of control data.
  • the base station 1 rejects certain useful data to be transmitted, for example useful data associated with equipment with which data has already been exchanged recently.
  • the allocation is thus performed dynamically according to a current state of the network.
  • the useful data comprise priority useful data and non-priority useful data.
  • useful data can be classified into two categories:
  • non-priority useful data (or "best effort) that may or may not be scheduled during the next TTI time interval.
  • the priority useful data is for example used for the transmission of the voice, or for any type of transmission which requires minimizing a transmission delay and / or a time shift between different data streams.
  • Useful data can also be considered as a priority when associated with a customer who has subscribed to a subscription guaranteeing a good quality of service.
  • Non-priority useful data allows for greater flexibility and can be processed using different planning policies, for example as described in R. Combes, Z. Altman and E. Altman. "On the use of packet scheduling in self-optimization processes: application to coverage-capacity optimization", WiOpt, pages 11-20, 2010.
  • the useful data to be transmitted then comprise:
  • the user equipment having priority user data to be sent or received will be called “priority user equipment", the user equipment having non-priority useful data to be sent or receive "non-priority user equipment”.
  • the number of radio resource units allocated to control data transmission automatically limits the number of useful data streams that may be served during a TTI time interval.
  • the base station 1 tests whether it is possible to transmit, by means of the assigned radio resource units for the transmission of control data, all the control data necessary to address all the useful data to be transmitted, it determines beforehand, which of the useful data should be transmitted, given the priority or otherwise of this useful data.
  • the logic is here:
  • a minimum period for serving the non-priority streams is defined, corresponding to a time interval TTI, or N time slots TTI, with N equal to 2 or 3 for example. It is then necessary to serve, during this minimum period, at least one non priority.
  • TTI time interval
  • N 2 or 3 for example.
  • the time interval TTI is equal to 1ms
  • at least one non-priority stream will be served every 1ms, or every 2ms, or every 3ms, for example. This ensures that the priority streams are processed with a minimum rate, and at the same time guarantees that the bandwidth is not entirely consumed by the priority streams. This avoids penalizing certain flows to the detriment of others and respecting the logic inherent in the method proposed here of taking into account the state of the network, including the quality of service needs of the different streams to be transmitted.
  • step S2 the base station 1 then determines a number of radio resource units available for the transmission of useful data to be transmitted.
  • the total number of radio resource units available for transmission of control and payload data ie the maximum number of radio resource units that can be allocated per time slot, is "pr". TTI.
  • Pctrl is the number of radio resource units allocated for the transmission of control data.
  • the number C of radio resource units available for the transmission of useful data to be transmitted is therefore equal to:
  • step S2 the base station 1 allocates the number C of radio resource units available for the transmission of useful data in the downward and / or upward direction.
  • the number of radio resource units allocated to a user equipment i is called A ⁇ over a given time interval TTI.
  • the sum of the numbers ⁇ ⁇ must be such that:
  • o (i) designates the number of bytes to be transmitted to the user equipment i (in the case of a downstream flow) or by the user equipment i (in the case of a upstream flow) per unit radio resource.
  • MIMO Multiple-Input Multiple-Output
  • the parameter o (i) takes into account the total number of bytes to be transmitted or received by the user equipment i , all antennas combined.
  • the base station 1 determines for each user equipment, the number of bytes o (i) is estimated taking into account a gain factor F, representative of the surrounding conditions in which the transmission of the bytes concerned, and the technology of antenna used by the user equipment (MIMO, beam forming, etc.).
  • F gain factor
  • the gain factor F of a user equipment in a radio environment can be modeled by the equation:
  • r is the distance between the equipment and the base station
  • ⁇ is a propagation loss factor
  • ff is a fast fading factor
  • the shading factor does not depend on the frequency, and remains constant for a period of time k ms, where k is an integer.
  • the performance of a radio resource allocation can be estimated by the sum S measuring the bandwidth utilization rate:
  • a is a real, positive or zero.
  • the parameter OC is a distribution parameter representing a distribution mode of the bandwidth between the different flows of said priority level.
  • This parameter OC is a real coefficient, common to the different user equipments, which is applied according to the formula above to the value representing the bandwidth assigned to the user equipment i, in order to determine the distribution mode of the bandwidth between the different streams of a priority level. Maximize the sum S under the constraint ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ C is the best distribution of the number
  • this sum S represents the sum of the bandwidths allocated to the different user equipments. In this case, maximizing the sum S makes it possible to maximize the bandwidth consumed and thus to ensure optimal use of this bandwidth.
  • this sum S represents the product of the bandwidths allocated to the different user equipments. In this case, maximizing the sum S makes it possible to ensure that an infrequently served user is served by more packets. We can speak here of proportional equity between the different user equipments.
  • this sum S represents a criterion of equity of the type "MAX MIN", that is to say with maximization the minimum bandwidth allocated. In this case, maximizing the sum S makes it possible to optimize the smallest bandwidth: it is therefore ensured that each user equipment will benefit from a minimum of bandwidth.
  • the performance parameter S to be maximized is equal to:
  • the base station chooses the value of OC according to the nature of the expected performance during the time interval TTI for which it performs the allocation. Then the base station uses an optimization algorithm to look for the values ⁇ which make it possible to maximize the sum S corresponding to the chosen value of OC.
  • An example of such an algorithm can be found in the patent document FR 04 13 887, concerning a method for allocating resources of a telecommunications cellular network.
  • the values ⁇ obtained by such an optimization algorithm being real values, generally not integers, they must be converted into integer values before the allocation can be performed.
  • the LTE standard requires that the number ⁇ of radio resource units allocated to user equipment i during a TTI time interval take a value in a predetermined set of VLs of integer values. For example, for the upward direction, this set includes the integer values 1, 2, 3 and 5. For the downward direction, this set includes all integer values between 1 and 12.
  • the base station 1 calculates, for each user equipment i, an indicator L such that: where ⁇ _ ⁇ i J is equal to: - the value ⁇ ⁇ obtained by the optimization algorithm when this value ⁇ ⁇ is an integer value, and otherwise
  • This indicator L represents the difference in bandwidth consumption for the equipment i according to whether the actual value ⁇ ⁇ is rounded up to the lower integer value ⁇ _ ⁇ i J or to the higher integer value ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • the base station 1 classifies the calculated indicators L, for example in increasing order.
  • the base station 1 selects as configuration to maximize the performance parameter configuration assigning the number ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • the user equipment i of a first sub-group of user equipment respectively have a number of radio resource units
  • the user equipment i of a second sub-group of user equipment respectively have a number
  • the number of user equipment in each subgroup is determined such that the total number of allocated radio resource units does not exceed the number C of assignable radio resource units. For example, we arbitrarily take a number of user equipment in the first subgroup equal to half the total number of user equipment. Then, if the total number of radio resource units allocated with this subgroup decomposition is strictly greater than the number C of attributable radio resource units, the user equipment i having the lowest L indicator is searched for.
  • step S2 assigns to a user equipment i at the end of step S2.
  • step S3 the base station 1 allocates the C radio resource units still available - i.e., not allocated to the transmission of the control data - to the user equipment having priority payload data to be received / transmitted. based on Li values obtained in step S2 for these user equipment.
  • the allocation of radio resources is for example carried out considering the user equipment i by decreasing values of Li.
  • the LTE standard provides that the frequency ranges corresponding to different Resource units that are allocated to a given UE during a TTI time interval must be consecutive. There must therefore be no frequency range, allocated to another equipment or control data, which is found between two frequency ranges allocated to the same user equipment.
  • the base station 1 ranks the numbers Li by decreasing value. Then, the base station 1 allocates the radio resource units starting with the user equipments to which is assigned a higher Li number, and then proceeding in decreasing order of Li value, allocating progressively a number of units. consecutive resources to each user equipment.
  • the available radio resource units not necessarily being all consecutive, because the allocation to the control data of some of the radio resource units, the Li radio resource units which are assigned to a user equipment i are selected from the remaining radio resource units that are still available and the following way.
  • the base station 1 identifies the groups of consecutive radio resource units not yet allocated and classifies these groups by increasing size, the size of a group of radio resource units being defined as the number of radio resource units that contains this group.
  • the base station allocates to the user equipment i a group of consecutive radio resource units of size Li, first assigning the largest radio resource unit group, and ensuring, when the size of this group is higher than the number Li, the remaining radio resource units in this group of units are all consecutive to each other: which amounts to allocating the corresponding Li radio resource units:
  • the groups of consecutive radio resource units not yet allocated are then classified by increasing size, before proceeding to the allocation for the next user equipment i, in order of decreasing value Li.
  • the value of C is decreased by 1 or more and the steps S2 and S3 are repeated.
  • the search for the value of C for allocating the radio resource units to the priority payload streams can be done by dichotomy.
  • the base station 1 can also, when two radio resource unit groups, forming two adjacent frequency ranges, have been assigned to two pieces of equipment. user, perform a swap of the radio resource units assigned to these two user equipments: the one of the two to which the lower frequency bands had initially been assigned is assigned the highest frequency bands and viceversa, and this without however, modify the number of radio resource units - that is the number of frequency bands - assigned to each of these two devices.
  • the permutation amounts to assigning the frequency bands B1 to B3 to the user equipment 2 and the frequency bands B4 and B5 to the user equipment 1.
  • the radio resources are therefore allocated to the user equipment i by ranking the numbers Li by decreasing value, then assigning the radio resource units starting with the user equipment to which is assigned a higher Li number and proceeding in order of Li value decreasing.
  • the base station 1 can also, when two groups of radio resource units, form two ranges of adjacent frequency, have been assigned to two different user equipment, perform a switch of the radio resource units assigned to these two user equipment.
  • the permutations here are simpler than for the uplink, since the constraint on the consecutive frequency bands does not exist: it is therefore possible to exchange the two priority user equipment to which two units of any radio resource are allocated.
  • step S4 when the useful priority data has been processed, the base station 1 allocates the remaining radio resource units (not yet allocated to control data or priority payload data) to the non-wanted payload data. priority.
  • the base station 1 determines a number C2 of radio resource units available for the transmission of the non-priority payload data from the number of radio resource units allocated for the transmission of control data and the number of priority_traffic "of radio resource units used for the transmission of priority payload data:
  • the base station 1 re-executes steps S2 and S3 to allocate resource units to the user equipment having non-priority payload data to be transmitted / received so as to generate a unit number Li of radio resources for each user equipment i having non-priority useful data to be transmitted or received.
  • C is replaced by C2 when it is a question of processing the allocation of non-priority flows.
  • a Round Robin method selection with circular permutation
  • a Li value will be calculated only for the user equipment selected for a time interval.
  • the number of non-priority user equipment selected at each time interval TTI can be low: in this case, we will serve only a few non-priority user equipment at a time, but it will be possible to allocate them more resources.
  • the assignment of the radio resources still available to the different user equipments then proceeds in the same way as for the priority streams (see step S3): in particular by firstly assigning the radio resources to the upstream flows.
  • Methods of prioritization other than Round Robin are of course usable to select the non-priority user equipment that will be served during a given time interval.
  • the allocation method has been described in the case where there are two priority levels for the payload data: priority or non-priority payloads.
  • This method is easily generalized to any number of levels from priority 1 to X (whole X, strictly greater than 2): the allocation of the radio resources is carried out by proceeding by priority level, and repeating for each priority level the steps S2 and S3 with radio resource units not yet allocated.
  • C will then be replaced by the number Cx of radio resource units allocated to the priority level data x when it is necessary to process the allocation of the priority level streams x .
  • Cx values are calculated to ensure a minimum quality of service for each priority level.
  • a minimum period Px for serving the priority level streams x is defined, equal to a time interval TTI, or to Nx intervals of time TTI, with Nx equal to 2 or 3 for example. It is then necessary to serve, during this minimum period Px, at least one priority level stream x (or a predetermined minimum number Fx, strictly greater than 1, of priority level stream x). This ensures that the priority level x flows are processed with a minimum rate Px, and it is simultaneously ensured that the bandwidth is not entirely consumed by the priority streams, that is to say by the flows priority level 1. This avoids penalizing certain flows to the detriment of others and respecting the logic inherent in the method proposed here to take into account the state of the network, including the quality of service needs of the different streams to be transmitted. .
  • step S1 For the selection of the streams to be served during a given time interval carried out during step S1, the following method, illustrated in FIG. 6, is applied.
  • step 600 the total number Fp of priority streams waiting to be served and the total number Fnp of non-priority streams waiting to be served are obtained.
  • step 610 the minimum number Fmin2 of non-priority streams to be used during said time interval is determined according to a minimum period defined to serve non-priority streams; this determination is made for each level of priority different from level 1, the number Fmin2 of non-priority streams to be used being the sum of the priority flow numbers Fx to serve at least during said time interval on all the different priority levels x Level 1:
  • step 620 the number Pctrl of radio resource units assigned to the transmission of control data is determined, taking into account an allocation rule R, R2, or R3 chosen beforehand.
  • R an allocation rule
  • the maximum number Fmax of flows that may be served during said time interval is determined taking into account the number Pctrl of radio resource units allocated to the transmission of flow control data.
  • the number Fmax1 of priority streams that may be served during said time interval is determined as a function of the difference between the maximum number Fmax of flows that may be served and the minimum number Fmin2 of flows. non-priority to serve:
  • step 650 the number Fmax1 of priority streams that can be served is compared with the total number Fp of priority streams waiting to be used to determine the number FSp of priority streams that will actually be served and the number FSnp. non-priority flows that will actually be served during the time interval considered.
  • One of the steps 651, 652 or 653 is executed according to the result of the comparison.
  • step 651 all the priority streams can be served: the number FSp of priority flows that will actually be served during the time interval considered will be equal to Fp.
  • an additional number of streams of non-priority streams that can be served is equal to F max 1 - Fp.
  • the number Fmax2 of non-priority streams that may be served is in this case equal to F max 1 - Fnp + F min 2.
  • the number FSnp of non-priority streams that will actually be served during the time interval considered will be equal to
  • step 660 is then executed following step 651.
  • F max 1 Fp (step 652)
  • all the priority streams can be served: the number FSp of priority streams that will actually be served during the time interval considered will be equal to Fp.
  • the number FSnp of non-priority flow streams that will actually be served is equal and limited to the determined value Fmin2.
  • step 660 is then executed following step 652.
  • step 653 If F max l ⁇ Fp (step 653), then all the priority streams can not be served: the number FSp of priority streams that will actually be served during the time interval considered will be equal to Fmaxl. The number FSnp of non-priority flow streams that will actually be served is equal and limited to the determined value Fmin2. In such a situation, it is compared (test of step 655) the number Pctrl of radio resource units allocated to the transmission of control data to the maximum number (3 in general in LTE) of radio resource units capable of be assigned to the transmission of control data.
  • step 660 is executed following step 655.
  • the number Pctrl of radio resource units allocated to the transmission of control data is strictly less than the maximum number of radio resource units that can be allocated to the transmission of control data, then the in step 656 the number Pctrl of radio resource units allocated to the transmission of control data, for example of 1 unit:
  • step 630 and the following ones are executed again according to the logic described above, until reaching the final step 660.
  • the number FSp of priority flows that will actually be served and the number FSnp of non-priority flow streams that will actually be served are known. We then identify the flows to be served effectively, according to the waiting time of each candidate stream waiting to be served, and then allocate the radio resources to the identified flows.
  • the identification of the flows is carried out for example in the following manner. If FSp ⁇ Fp, priority is given to priority Fsp streams that are waiting to be served for the longest time. If FSnp ⁇ Fnp, priority is given to FSnp priority flows that are waiting to be served for the longest time.
  • the allocation method that has just been described makes it possible to dynamically adapt the allocation of radio resources to a current state of the network.
  • the method makes it possible in particular to reduce as much as possible the bandwidth devoted to the transmission of control data while at the same time maintaining a bandwidth adapted to the number of terminals present and to the needs of these terminals in bandwidth or, more generally, as a service.
  • the allocation method also makes it possible to maximize the bandwidth consumed while ensuring an equitable distribution between the users, in that it makes it possible to allocate more bandwidth to non-priority or low-bandwidth flows, made : on the one hand, the dynamic allocation method, which supports the quality of service constraints of the different devices at a given instant, which is applied to allocate radio resource units to control data and on the other hand , optimization performed on the allocation of radio resource units to priority payloads.
  • the maximum output power of base station 1 is set at 20W, the surrounding white noise at 5E-14dB, the typical cell size at 1000m, the propagation loss factor at 3, the maximum power of d a user equipment at 200mW.
  • the coding of the signal is assumed to be able to exploit 80% of Shannon's capacity, and a MIMO factor of 1.8 is used.
  • the LTE parameters include a long cyclic prefix, up and down frequency ranges of 3MHz, and a maximum number of radio resource units of 6, 18, and 30 for a radio resource unit number (PDCCH) allocated to the data. of control equal to 1,2 and 3 respectively.
  • a radio resource unit number (PDCCH) allocated to the data. of control equal to 1,2 and 3 respectively.
  • the network is loaded with the following data streams:
  • Figure 4 shows the results obtained for this simulation, with:
  • the gain obtained by using the resource allocation method with a minimum number of radio resource units allocated to the control data (for the duration of the tests, therefore, the first rule RI is used for determining the number of 'radio resource units allocated to control data), is 5% and 16% of the bandwidth for web feeds versus the use of a fixed number of radio resource units allocated to equal control data 2 and 3 respectively.
  • the method thus makes it possible to increase the bandwidth allocated to user equipment transmitting or receiving web streams.
  • the allocation method preserves performance for priority streams (voice, typically) and / or large bandwidth consumers (typically video), while significantly improving performance for non-priority streams and low bandwidth consumers such as web feeds.
  • the available bandwidth is therefore allocated more optimally.

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Abstract

Procédé de traitement de données pour réaliser une allocation de ressources radio dans un réseau radio cellulaire en mode paquet, ledit réseau radio cellulaire comportant une station de base (1) et un ensemble d'équipements utilisateurs (UE) configurés pour échanger des flux de données utiles avec la station de base, le procédé étant mis en œuvre dans la station de base et comportant les étapes suivantes : a) affectation d'un nombre d'unités de ressources radio à la transmission de données de contrôle en fonction d' au moins une contrainte de qualité de service concernant les flux de données utiles en attente d'être servis par ladite station de base; b) détermination, en fonction dudit nombre d'unités de ressources radio attribuées pour la transmission de données de contrôle, d'un nombre d'unités de ressources radio disponibles pour la transmission de flux de données utiles; c) allocation des unités de ressources radio disponibles pour la transmission au cours d'un intervalle de temps déterminé de données d'au moins un sous-ensemble des flux de données utiles en attente d'être servis.

Description

Traitement de données pour l'allocation de ressources radio
La présente invention vise un traitement de données pour allocation de ressources radio à des terminaux dans un réseau radio en mode paquet. En particulier, la présente invention est applicable à un réseau cellulaire utilisant la technologie LTE (Long Term Evolution) et/ou utilisant la technique OFDMA (Orthogonal Frequency-Division Multiple Access).
La technologie LTE permet d'augmenter le débit utilisateur jusqu'à 100 Mbits/s en liaison descendante et 50 Mbits/s en liaison montante, pour une bande passante de 20MHz. La technologie LTE permet en outre de diminuer le temps RRT (Round Trip Time) en dessous de 10ms.
La technologie LTE utilise une modulation OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex) pour partager les ressources radio entre les utilisateurs. De plus, en liaison montante, l'allocation doit être réalisée de manière que, dans une sous-trame donnée de 1ms, le spectre assigné à un utilisateur soit contigu. En particulier, des données de contrôle ne doivent pas être insérées dans la bande passante attribuée à un utilisateur, et les bandes passantes attribuées à deux utilisateurs ne doivent pas être entrelacées.
Dans un réseau utilisant la technologie LTE, la planification de l'allocation de ressources radio est réalisée par la transmission de données de contrôle, qui consomment jusqu'à trois symboles OFDM sur un nombre total de symboles de douze ou quatorze, c'est-à-dire jusqu'à 25% des ressources radio.
Dans certains systèmes LTE, la taille de cet espace de planification peut être réduite jusqu'à seulement 8% des ressources radio, mais de tels systèmes ne peuvent servir qu'un nombre limité de terminaux par intervalle de temps.
A cet effet, l'invention propose un procédé de traitement de données pour réaliser une allocation de ressources radio dans un réseau radio cellulaire en mode paquet, ledit réseau radio cellulaire comportant une station de base et un ensemble d'équipements utilisateurs configurés pour échanger des flux de données utiles avec la station de base, le procédé étant mis en œuvre par la station de base et comportant les étapes suivantes :
a) affectation d'un nombre d'unités de ressources radio à la transmission de données de contrôle en fonction d' au moins une contrainte de qualité de service concernant les flux de données utiles en attente d'être servis par ladite station de base, b) détermination, en fonction dudit nombre d'unités de ressources radio attribuées pour la transmission de données de contrôle, d'un nombre d'unités de ressources radio disponibles pour la transmission de flux de données utiles,
c) allocation des unités de ressources radio disponibles pour la transmission au cours d'un intervalle de temps déterminé de données d'au moins un sous-ensemble des flux de données utiles en attente d'être servis.
La méthode d'allocation de ressources proposée dans cette invention permet de réduire au maximum la bande passante consacrée à la planification de ressources tout en conservant, à chaque instant, une bande passante de planification adaptée au nombre de terminaux présents et à leurs contraintes de qualité de service.
Ce procédé sera nommé dans la suite de ce document de manière indifférente « procédé de traitement de données » ou « procédé d'allocation de ressources ».
Selon un mode de réalisation du procédé selon l'invention, l'étape a) comprend les étapes consistant à :
- attribuer un premier nombre d'unités de ressources radio pour la transmission de données de contrôle,
- tester s'il est possible de transmettre, au moyen des unités de ressources radio affectées à la transmission de données de contrôle, toutes les données de contrôle nécessaires pour adresser l'ensemble des flux de données utiles prioritaires à servir,
- dans la négative, affecter un deuxième nombre d'unités de ressources radio à la transmission de données de contrôle, le deuxième nombre étant supérieur au premier nombre.
Cette méthode permet de limiter le nombre d'unités de ressources radio affectées à la transmission de données de contrôle à ce qui est effectivement nécessaire pour servir les flux de données utiles prioritaires en attente d'être servis.
Selon un mode de réalisation du procédé selon l'invention, l'étape c) comprend
- une détermination du nombre Fmax maximal de flux susceptibles d'être servis au cours dudit intervalle de temps compte tenu du nombre d'unités de ressources radio affectées à la transmission de données de contrôle; - une détermination du nombre minimal Fmin2 de flux non prioritaires à servir au cours dudit intervalle de temps, en fonction d'une période minimale définie pour servir les flux non prioritaires d'un niveau de priorité donné ;
- une détermination du nombre maximal Fmaxl de flux prioritaires susceptibles d'être servis au cours dudit intervalle de temps, en fonction dudit nombre maximal Fmax de flux susceptibles d'être servis et dudit nombre minimal Fmin2 de flux non prioritaires à servir,
- une détermination du nombre FSnp de flux non prioritaires à servir et du nombre FSp de flux prioritaires à servir au cours dudit intervalle de temps, en fonction dudit nombre minimal Fmin2 de flux non prioritaires à servir et du nombre maximal Fmaxl de flux prioritaires susceptibles d'être servis ;
- une identification de FSnp flux non prioritaires à servir en priorité et de FSp flux prioritaires à servir et
- une allocation d'unités de ressources radio pour ces FSnp flux non prioritaires et FSp flux prioritaires identifiés.
Ceci permet de garantir qu'un nombre minimal d'unités de ressources radio seront affectées à la transmission de données de contrôle et que le nombre d'unités de ressources affectées aux données utiles soient le plus élevé possible. On maximise ainsi la bande passante consommée, tout en prenant en compte un maximum de flux prioritaires et en garantissant que la transmission des flux non prioritaires ne sera pas bloquée au profit des seuls flux prioritaires.
Selon un mode de réalisation du procédé selon l'invention, l'étape c) comprend une détermination du nombre maximal de flux non prioritaires susceptibles d'être servis au cours dudit intervalle de temps, en fonction dudit nombre maximal de flux prioritaires susceptibles d'être servis au cours dudit intervalle de temps.
Ceci permet de servir un maximum de flux non prioritaires, compte tenu des unités de ressources consommées par les flux prioritaires.
Selon un mode de réalisation du procédé selon l'invention,
- lorsque tous les flux prioritaires ne peuvent être servis au cours dudit intervalle de temps, on sélectionne les flux prioritaires à servir en priorité parmi les flux prioritaires qui sont en attente d'être servis depuis le plus longtemps, - lorsque tous les flux prioritaires ne peuvent être servis au cours d'un même intervalle de temps, on sélectionne les flux prioritaires à servir parmi les flux non prioritaires qui sont en attente d'être servis depuis le plus longtemps.
De manière simple et dans le respect des contraintes de qualité de service, s'effectue la sélection des flux à traiter en priorité.
Selon un mode de réalisation du procédé selon l'invention, l'étape c) comprend pour le ou les flux de données utiles d'un niveau de priorité x donné à servir au cours dudit intervalle de temps:
- obtenir un paramètre de répartition représentatif d'un mode de répartition de la bande passante entre les différents flux dudit niveau de priorité ;
- déterminer un nombre d'unités de ressources radio à allouer à chaque flux du niveau de priorité x de manière à maximiser un taux d'utilisation de la bande passante disponible compte tenu dudit paramètre de répartition.
On obtient ainsi la meilleure performance possible compte tenu de la bande passante disponible et d'un mode de répartition de cette bande passante entre les différents flux.
Selon une implémentation préférée, les différentes étapes du procédé selon l'invention sont mises en œuvre par un logiciel ou programme d'ordinateur, ce logiciel comprenant des instructions logicielles destinées à être exécutées par un processeur de données d'une station de base et étant conçu pour commander l'exécution des différentes étapes de ce procédé.
L'invention propose également un programme informatique comportant des instructions pour la mise en œuvre du procédé selon l'invention lorsque ce programme est exécuté par un processeur.
L'invention propose également une station de base configurée pour réaliser une allocation de ressources radio dans un réseau radio cellulaire en mode paquet comportant un ensemble d'équipements utilisateurs configurés pour échanger des flux de données utiles avec la station de base, la station de base comprenant :
- un module d'affectation d'un nombre d'unités de ressources radio à la transmission de données de contrôle en fonction d'au moins une contrainte de qualité de service concernant les flux de données utiles en attente d'être servis par ladite station de base , - un module de détermination, en fonction dudit nombre d'unités de ressources radio attribuées pour la transmission de données de contrôle, d'un nombre d'unités de ressources radio disponibles pour la transmission de flux de données utiles,
- un module d'allocation des unités de ressources radio disponibles pour la transmission au cours d'un intervalle de temps déterminé de données d'au moins un sous-ensemble des flux de données utiles en attente d'être servis.
L'invention est mise en œuvre par une station de base au moyen de composants logiciels et/ou matériels. Dans cette optique, le terme "module" peut correspondre dans ce document aussi bien à un composant logiciel, qu'à un composant matériel ou à un ensemble de composants matériels et/ou logiciels, apte à mettre en œuvre une fonction ou un ensemble de fonctions, selon ce qui est décrit ci-dessous pour le module concerné.
La station de base comprend ainsi des modules ou composants logiciels et/ou matériels pour mettre en œuvre et exécuter les différentes étapes du procédé selon l'invention (procédé de traitement de données / procédé d'allocation de ressources) tel que défini et décrit dans ce document, dans ses différents modes de réalisation.
L'invention propose également un réseau radio cellulaire comportant au moins une station de base telle que décrite ci-dessus et un ensemble d'équipements utilisateurs configurés pour échanger des données avec la station de base.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui va suivre. Celle-ci est purement illustrative et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :
- la Figure 1 est un schéma fonctionnel montrant un réseau radio cellulaire selon un mode de réalisation de l'invention ;
- la Figure 2 est un schéma fonctionnel montrant une station de base du réseau radio cellulaire de la Figure 1 ;
- la Figure 3 est un organigramme illustrant les étapes d'un procédé d'allocation de ressources radio selon un mode de réalisation de l'invention, cet organigramme pouvant représenter l'algorithme général du programme informatique au sens de l'invention ;
- la Figure 4 est un graphe illustrant les performances obtenues par l'utilisation du procédé d'allocation de ressources radio ; - la figure 5 est un schéma illustrant certains aspects du procédé d' allocation ; et
- la figure 6 est un organigramme illustrant les sous-étapes d'une étape du procédé d'allocation de ressources radio.
La figure 1 représente un réseau radio cellulaire comportant une station de base 1 et un ensemble d'équipements utilisateurs UE^ UE2 et UE3 configurés pour échanger des données avec la station de base 1. Le réseau radio cellulaire utilise une technologie de communication permettant une planification dynamique, par exemple la technologie LTE (Long Term Evolution).
La figure 2 représente la station de base 1 , qui comporte un module d'émission-réception 10 configuré pour permettre l'échange de données avec des équipements du réseau, notamment avec les équipements utilisateurs UEi, UE2 et UE3. Les données échangées entre les équipements utilisateurs UEi, UE2 et UE3 et la station de base 1 comprennent des données de contrôle, définissant une allocation de ressources, et des données utiles.
La station de base 1 comporte en outre un module de traitement 11 configuré pour traiter des données reçues et des données à émettre. En particulier, le module de traitement 11 est configuré pour réaliser une modulation de données et pour effectuer une allocation des ressources radio disponibles. L' allocation de ressources radio est réalisée en OFDMA (Orthogonal Frequency- Division Multiple Access).
L'allocation de ressources radio est effectuée périodiquement, l'intervalle de temps définissant la périodicité de allocation est nommé « Transmission Time Interval » (TTI) dans la norme LTE et est fixé actuellement à 1 ms. La plage de fréquence totale disponible est divisée en un nombre prédéfini (égal à 12 ou 14 par exemple) de bandes de fréquences susceptibles d'être allouées. Chaque bande de fréquence peut être allouée :
soit à la transmission de données de contrôle,
- soit à un seul ou plusieurs équipements, pour la transmission de données utiles que cet équipement doit émettre ou recevoir.
Une bande de fréquence constitue ainsi une unité de ressource radio. Allouer une telle unité de ressource radio à un équipement signifie que cet équipement sera autorisé à émettre dans la bande de fréquence qui définit cette unité de ressource radio.
La figure 5 représente de manière schématique une matrice d'allocation d'unités de ressource radio pour huit intervalles de temps Tl à T8 et sept bandes de fréquence B l à B7: chaque colonne de la matrice correspond à un intervalle de temps TTI, chaque ligne de la matrice correspond à une bande de fréquence. Les données de contrôle sont transmises par la station de base, à destination d'un ou plusieurs équipements, via un canal de contrôle descendant, appelé PDCCH (Physical Downlink Control Channel) dans la norme LTE.
Pour chaque intervalle de temps, le module de traitement 11 effectue une allocation des unités de ressources radio disponibles.
Le module de traitement 11 est configuré pour déterminer dynamiquement le nombre d'unités de ressources radio à affecter à la transmission de données de contrôle. Les données de contrôle peuvent consommer un nombre variable d'unités de ressource radio, ce nombre étant, dans le cas d'exemple de la norme LTE, compris entre un et trois.
Le module de traitement 11 est en outre configuré pour déterminer un nombre d'unités de ressources radio disponibles pour la transmission de données utiles, compte tenu du nombre d'unités de ressources radio affectées à la transmission de données de contrôle.
Le module de traitement 11 est également configuré pour effectuer une allocation, aux équipements utilisateurs ayant des données à émettre ou recevoir, des unités de ressources radio disponibles pour la transmission de données utiles.
Chaque allocation se traduit par une table d'allocation qui sert à définir à quoi sont allouées les différentes unités de ressources radio. Lorsque le nombre total d'unités de ressources radio à allouer est égal à C, une table d'allocation définit un ensemble de C valeurs Ci, où Q:
- soit identifie l'équipement auquel est allouée l'unité de ressource radio i,
soit indique que l'unité i est allouée aux données de contrôle.
Ainsi une table d'allocation définit donc une configuration d'allocation possible.
Le module de traitement 11 est également configuré pour déterminer, pour une table d'allocation / configuration d' allocation donnée - qui correspond à une allocation effectuée ou envisagée - un paramètre de performance caractérisant cette allocation du point de vue du taux d'utilisation de la bande passante, et pour rechercher la configuration d'allocation qui permet de maximiser le paramètre de performance.
Le module de traitement 11 est également configuré pour allouer une ou des unités de ressources radio à au moins un sous-ensemble de l'ensemble d'équipements utilisateurs en fonction de la configuration optimale trouvée. La figure 3 représente des étapes d'un procédé d'allocation de ressources radio en OFDMA selon un mode de réalisation de l'invention. Le procédé est par exemple mis en œuvre dans la station de base 1.
A l'étape SI, la station de base 1 attribue un nombre d'unités de ressources radio pour la transmission de données de contrôle. L'attribution est réalisée par application d'une règle d'attribution prédéterminée.
La règle d'attribution à appliquer est choisie parmi un ensemble de plusieurs règles d'attribution prédéterminées, par exemple en fonction d'au moins un critère de qualité de service et/ou performances souhaitées : maximiser le débit ou réduire le délai de transmission de données non-prioritaires, dites données « best effort ».
Par exemple, l'ensemble de règles comprend trois règles d'attribution prédéterminées.
Une première règle RI d'attribution définit qu'un nombre minimal d'unités de ressources radio doivent être attribuées pour la transmission de données de contrôle, ce qui permet d'augmenter la bande passante disponible pour les données utiles.
Une deuxième règle R2 d'attribution définit qu'un nombre maximal d'unités de ressources radio doivent être attribuées pour la transmission de données de contrôle, ce qui permet de réduire le délai de transmission de données utiles non-prioritaires, dites données « best effort ».
Une troisième règle R3 d'attribution définit qu'un nombre intermédiaire d'unités de ressources radio doivent être attribuées pour la transmission de données de contrôle, de manière à obtenir un compromis entre la bande passante disponible pour les données utiles et le délai de transmission de données utiles non-prioritaires.
En alternative ou en combinaison, la règle d'attribution à appliquer est choisie en fonction d'au moins un critère de qualité de service, notamment en fonction de la quantité de données à transmettre et/ou du nombre d'équipements utilisateurs ayant des données à transmettre ou recevoir. Par exemple, le nombre d'unités de ressources radio pour la transmission de données de contrôle peut être réduit (dans ce cas, on choisira en priorité la première règle) lorsque la quantité de données à transmettre est supérieure à un seuil prédéterminé, pour avoir un débit suffisant, et peut être augmenté (dans ce cas, on choisira en priorité la deuxième règle) lorsque le nombre d'équipements utilisateurs dépasse un seuil prédéterminé, pour que toutes les requêtes (ou au moins toutes les requêtes considérées comme prioritaires) puissent être adressées par les données de contrôle. A l'étape SI, la station de base 1 teste ensuite s'il est possible de transmettre, au moyen des unités de ressources radio affectées pour la transmission de données de contrôle, toutes les données de contrôle nécessaires pour adresser toutes les données utiles à transmettre.
Lorsque toutes les données de contrôle, qui sont nécessaires pour adresser les données utiles à transmettre, ne peuvent être transmises, la station de base 1 augmente le nombre d'unités de ressources radio affectées à la transmission de données de contrôle : elle attribue un nouveau nombre d'unités de ressources radio pour la transmission de données de contrôle, le nouveau nombre étant supérieur au nombre initial d'unités de ressources radio pour la transmission de données de contrôle.
Lorsque le nombre maximal d'unités de ressources radio attribuable pour la transmission de données de contrôle ne permet pas de transmettre toutes les données de contrôle nécessaires pour adresser toutes les données utiles à transmettre, la station de base 1 rejette certaines données utiles à transmettre, par exemple des données utiles associées à des équipements avec lesquels des données ont déjà été échangées récemment.
L'attribution est ainsi réalisée de manière dynamique en fonction d'un état actuel du réseau.
Selon un mode de réalisation de l'invention, les données utiles comprennent des données utiles prioritaires et des données utiles non-prioritaires. Par exemple, selon la technologie LTE, les données utiles peuvent être classées en deux catégories :
- les données utiles prioritaires qui doivent être planifiées au cours de l'intervalle de temps TTI suivant, sans report, et
- les données utiles non-prioritaires (ou « best effort ») qui peuvent ou peuvent ne pas être planifiées au cours de l'intervalle de temps TTI suivant.
Les données utiles prioritaires sont par exemple utilisées pour la transmission de la voix, ou pour tout type de transmission qui nécessite de minimiser un délai de transmission et/ou un décalage temporel entre différents flux de données. Les données utiles peuvent également être considérées comme prioritaires lorsqu'elles sont associées à un client ayant souscrit à un abonnement garantissant une bonne qualité de service.
Les données utiles non-prioritaires permettent une plus grande flexibilité et peuvent être traitées en utilisant différentes politiques de planification, par exemple comme décrit dans article de R. Combes, Z. Altman et E. Altman. "On the use of packet scheduling in self-optimization processes: application to coverage-capacity optimization", WiOpt, pages 11-20, 2010. Lorsque les données utiles comprennent des données utiles prioritaires et des données utiles non-prioritaires, les données utiles prioritaires doivent être traitées en premier. Les données utiles à transmettre comprennent alors :
- toutes les données utiles prioritaires, ou une partie au moins des données utiles prioritaires lorsque toutes les données utiles prioritaires ne peuvent être transmises au cours d'un même intervalle de temps ; ou bien
- toutes les données utiles prioritaires ainsi que toutes les données utiles non prioritaires ou une partie au moins des données utiles non prioritaires lorsque toutes les données utiles prioritaires et non prioritaires ne peuvent être transmises au cours d'un même intervalle de temps.
Dans la suite de la description, les équipements utilisateurs ayant des données utiles prioritaires à émettre ou recevoir seront nommés « équipements utilisateurs prioritaires », les équipements utilisateurs ayant des données utiles non prioritaires à émettre ou recevoir « équipements utilisateurs non prioritaires ».
Le nombre d'unités de ressources radio affectées à la transmission de données de contrôle limite automatiquement le nombre de flux de données utiles qui pourront être servis au cours d'un intervalle de temps TTI.
Ainsi, lorsque la station de base 1 teste s'il est possible de transmettre, au moyen des unités de ressources radio affectées pour la transmission de données de contrôle, toutes les données de contrôle nécessaires pour adresser toutes les données utiles à transmettre, elle détermine préalablement quelles sont, parmi les données utiles, celles qui sont à transmettre, compte tenu du caractère prioritaire ou non de ces données utiles. La logique est ici :
- de tenter de transmettre le plus possible de données prioritaires, et, lorsque toutes les données utiles prioritaires ne peuvent être transmises au cours d'un même intervalle de temps, de servir en priorité les équipements utilisateurs prioritaires qui sont en attente d'être servis depuis le plus longtemps,
- lorsque toutes les données utiles prioritaires peuvent être transmises, de tenter de transmettre le plus possible de données non prioritaires, et en cas de saturation, de servir en priorité les équipements utilisateurs non prioritaires qui sont en attente d'être servis depuis le plus longtemps.
En outre, une période minimale pour servir les flux non prioritaires est définie, correspondant à un intervalle de temps TTI, ou bien à N intervalles de temps TTI, avec N égal à 2 ou 3 par exemple. On impose alors de servir, pendant cette période minimale, au moins un flux non prioritaire. Ainsi, si l'intervalle de temps TTI est égal à 1ms, au moins un flux non prioritaire sera servi toutes les 1ms, ou toutes les 2ms, ou toutes les 3ms par exemple. On garantit ainsi que l'on traite les flux prioritaires avec une cadence minimale, et on garantit simultanément que la bande passante n'est pas entièrement consommée par les flux prioritaires. Ceci évite de pénaliser certains flux au détriment des autres et de respecter la logique inhérente à la méthode proposée ici de prise en compte de l'état du réseau, notamment des besoins en qualité de service des différents flux à transmettre.
A l'étape S2, la station de base 1 détermine alors un nombre d'unités de ressources radio disponibles pour la transmission de données utiles à transmettre.
On note « pr » le nombre total d'unités de ressources radio disponibles pour la transmission de données de contrôle et de données utiles, c'est-à-dire le nombre maximal d'unités de ressources radio pouvant être allouées par intervalle de temps TTI.
On note « Pctrl » le nombre d'unités de ressources radio attribuées pour la transmission de données de contrôle. Le nombre C d'unités de ressources radio disponibles pour la transmission de données utiles à transmettre est donc égal à :
C = pr - Pctrl
A l'étape S2, la station de base 1 procède à l'allocation du nombre C d'unités de ressources radio disponibles pour la transmission de données utiles dans le sens descendant et/ou remontant.
On appelle À{ le nombre d'unités de ressources radio attribuée à un équipement utilisateur i au cours d'un intervalle de temps TTI donné. La somme des nombres À{ doit être telle que :
Figure imgf000013_0001
La bande passante affectée à l'équipement utilisateur i est alors égale à
=λί o(i),
où o(i) désigne le nombre d'octets à transmettre à l'équipement utilisateur i (cas d'un flux dans le sens descendant) ou par l'équipement utilisateur i (cas d'un flux dans le sens remontant) par unité de ressource radio. Dans le cas de l'utilisation de la technique MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) pour un équipement utilisateur i, le paramètre o(i) prend en compte le nombre total d'octets à transmettre ou recevoir par l'équipement utilisateur i, toutes antennes confondues.
La station de base 1 détermine pour chaque équipement utilisateur, le nombre d'octets o(i) est estimé en prenant en compte un facteur de gain F, représentatif des conditions environnantes dans lesquelles se fera la transmission des octets concernés, et la technologie d'antenne utilisée par l'équipement utilisateur (MIMO, beam forming, etc).
Le facteur de gain F d'un équipement utilisateur dans un environnement radio peut être modélisé par l'équation :
1
F = ~^" ff ' shadowing où :
r est la distance entre l'équipement et la station de base,
η est un facteur d'affaiblissement de propagation,
ff est un facteur d'évanouissement rapide, et
« shadowing » est un facteur d'ombrage.
On suppose ici que le facteur d'ombrage ne dépend pas de la fréquence, et reste constant pour une période de durée k ms, k étant un entier.
La performance d'une allocation de ressources radio peut être estimée par la somme S mesurant le taux d'utilisation de la bande passante:
Figure imgf000014_0001
où a est un réel, positif ou nul.
Plus la somme S est élevée et plus l'allocation de ressources est performante, en particulier plus la quantité de bande passante allouée est élevée. Le paramètre OC est un paramètre de répartition représentatif d'un mode de répartition de la bande passante entre les différents flux dudit niveau de priorité. Ce paramètre OC est un coefficient réel, commun aux différents équipements utilisateur, qui est appliqué selon la formule ci-dessus à la valeur représentant la bande passante affectée à l'équipement utilisateur i, afin de déterminer le mode de répartition de la bande passante entre les différents flux d'un niveau de priorité. Maximiser la somme S sous la contrainte ^ Â{ < C revient à répartir au mieux le nombre
C d'unités de ressources radio entre les différents flux, c'est-à-dire à allouer à chaque équipement un nombre d'unités de ressources de manière à maximiser le taux d'utilisation de la bande passante disponible compte tenu du paramètre de répartition O , i.e. du mode de répartition choisi.
Lorsque a = 0 , cette somme S représente la somme des bandes passantes allouées aux différents équipements utilisateurs. Dans ce cas, maximiser la somme S permet de maximiser la bande passante consommée et donc de veiller à une utilisation optimale de cette bande passante.
Lorsque a = 1 ou OC tend vers 1 , cette somme S représente le produit des bandes passantes allouées aux différents équipements utilisateurs. Dans ce cas, maximiser la somme S permet de veiller à ce qu'un utilisateur servi peu fréquemment soit servi par plus de paquets. On peut parler ici d'équité proportionnelle entre les différents équipements utilisateurs.
Lorsque la valeur de OC est élevée, par exemple supérieure à 10, à la limite lorsque OC tend vers l'infini, cette somme S représente un critère d'équité de type « MAX MIN », c'est-à-dire avec maximisation du minimum de bande passante alloué. Dans ce cas, maximiser la somme S permet d'optimiser la plus petite bande passante : on s'assure donc que chaque équipement utilisateur bénéficiera d'un minimum de bande passante.
Comme Γί
Figure imgf000015_0001
o(i), le paramètre de performance S à maximiser est égal à :
S -∑^ <*■<*·»"
La station de base choisit la valeur de OC en fonction de la nature de la performance attendue lors de l'intervalle de temps TTI pour lequel elle effectue l'allocation. Puis la station de base utilise un algorithme d'optimisation pour rechercher les valeurs λί qui permettent de maximiser la somme S correspondant à la valeur de OC choisie. Un exemple d'un tel algorithme peut être trouvé dans le document de brevet FR 04 13 887, concernant un procédé d'allocation de ressources d'un réseau cellulaire de télécommunications.
Les valeurs λί obtenues par un tel algorithme d'optimisation étant des valeurs réelles, en général non entières, elles doivent être converties en valeurs entières avant de pouvoir effectuer l'allocation. En outre, la norme LTE impose que le nombre λί d'unités de ressources radio attribuées à un équipement utilisateur i au cours d'un intervalle de temps TTI prenne une valeur dans un ensemble VL prédéterminé de valeurs entières. Par exemple, en ce qui concerne le sens remontant, cet ensemble comprend les valeurs entières 1, 2, 3 et 5. En ce qui concerne le sens descendant, cet ensemble comprend toutes les valeurs entières comprises entre 1 et 12. Afin de respecter cette contrainte, la station de base 1 calcule, pour chaque équipement utilisateur i, un indicateur L tel que :
Figure imgf000016_0001
où \_Âi J est égal: - à la valeur λί obtenue par l'algorithme d'optimisation lorsque cette valeur λί est une valeur entière, et sinon
à la valeur entière, choisie parmi les valeurs de l'ensemble VL qui sont strictement inférieures à la valeur λί ; qui est la plus proche de la valeur λί réelle obtenue par l'algorithme d'optimisation ; et où
Figure imgf000016_0002
est égal: à la valeur λί obtenue par l'algorithme d'optimisation lorsque cette valeur λί est une valeur entière, et sinon,
à la valeur entière, choisie parmi les valeurs de l'ensemble VL qui sont strictement supérieures à la valeur λί ; qui est la plus proche de la valeur λί réelle obtenue par l'algorithme d'optimisation ;
Cette indicateur L représente la différence de consommation de bande passante pour l'équipement i selon que l'on arrondit la valeur réelle λί à la valeur entière inférieure \_Âi J ou à la valeur entière supérieure \λί ~| .
Puis, la station de base 1 classe les indicateurs L calculés, par exemple dans un ordre croissant.
Puis, la station de base 1 sélectionne comme configuration permettant de maximiser le paramètre de performance une configuration attribuant le nombre \λί ~| d'unités de ressources radio aux équipements utilisateurs i présentant les indicateurs L les plus hauts, et le nombre |_ l;J d'unités de ressources radio aux équipements utilisateurs i présentant les indicateurs L les plus bas.
Ainsi, les équipements utilisateurs i d'un premier sous-groupe d'équipements utilisateurs disposent respectivement d'un nombre
Figure imgf000016_0003
d'unités de ressources radio, et les équipements utilisateurs i d'un deuxième sous-groupe d'équipements utilisateurs disposent respectivement d'un nombre |_ l;J d'unités de ressources radio. Le nombre d'équipements utilisateurs dans chaque sous-groupe est déterminé de manière que le nombre total d'unités de ressources radio attribuées ne dépasse pas le nombre C d'unités de ressources radio attribuables. Par exemple, on prend arbitrairement un nombre d'équipements utilisateurs dans le premier sous-groupe égal à la moitié du nombre total d'équipements utilisateurs. Puis, si le nombre total d'unités de ressources radio attribuées avec cette décomposition en sous-groupe est strictement supérieur au nombre C d'unités de ressources radio attribuables, on recherche l'équipement utilisateur i présentant l'indicateur L le plus bas parmi les équipements pour lesquels le nombre d'unités de ressources radio a été attribué et on attribue à cet équipement utilisateur i le nombre \_Âi J d'unités de ressources radio. Cette opération est itérée jusqu'à ce que le nombre total d'unités de ressources radio attribuées de cette manière soit inférieur ou égal au nombre C d'unités de ressources radio attribuables.
Au final, pour chaque équipement utilisateur i est
d'unités de ressources radio. On note Li le nombre |_ l;J ou
Figure imgf000017_0001
affectés à un équipement utilisateur i à l'issue de l'étape S2.
A l'étape S3, la station de base 1 alloue les C unités de ressources radio encore disponibles - c'est-à-dire non allouées à la transmission des données de contrôle - aux équipements utilisateurs ayant des données utiles prioritaires à recevoir / transmettre en fonction des valeurs Li obtenues à l'étape S2 pour ces équipements utilisateurs.
Pour le sens remontant vers la station de base, l'allocation de ressources radio est par exemple réalisée en considérant les équipements utilisateurs i par valeurs décroissantes de Li. Pour le sens remontant, la norme LTE prévoit que les plages de fréquences, correspondant à différentes unités de ressources qui sont allouées à un équipement utilisateur donné pendant un intervalle de temps TTI, doivent être consécutives. Il ne doit donc pas y avoir de plage de fréquence, allouée à un autre équipement ou à des données de contrôle, qui se retrouve entre deux plages de fréquences allouées à un même équipement utilisateur.
Ainsi, pour chaque intervalle de temps TTI, la station de base 1 effectue un classement des nombres Li par valeur décroissante. Puis, la station de base 1 affecte les unités de ressources radio en commençant par les équipements utilisateurs auquel est affecté un nombre Li le plus élevé, puis en procédant par ordre de valeur Li décroissante, allouant au fur et à mesure un nombre d'unités de ressources consécutives à chaque équipement utilisateur.
A chaque allocation, les unités de ressources radio disponibles n'étant pas nécessairement toutes consécutives, du fait l'allocation aux données de contrôle de certaines des unités de ressources radio, les Li unités de ressources radio qui sont affectées à un équipement utilisateur i sont choisies parmi les unités de ressources radio encore disponibles et consécutives de la manière suivante. La station de base 1 identifie les groupes d'unités de ressources radio consécutives non encore allouées et classe ces groupes par taille croissante, la taille d'un groupe d'unités de ressources radio étant défini comme le nombre d'unités de ressources radio que contient ce groupe. La station de base alloue à l'équipement utilisateur i un groupe d'unités de ressources radio consécutives de taille Li, en affectant d'abord le groupe d'unités de ressources radio de taille la plus grande, et en s' assurant, lorsque la taille de ce groupe est plus élevée que le nombre Li, que les unités de ressources radio restantes dans ce groupe d'unités, sont toutes consécutives les unes aux autres : ce qui revient à allouer les Li unités de ressources radio correspondant :
- soit aux Li bandes de fréquences les plus élevées parmi les bandes de fréquences représentées par le groupe d'unités considéré,
- soit aux Li bandes de fréquences les plus basses parmi les bandes de fréquences représentées par le groupe d'unités considéré.
Les groupes d'unités de ressources radio consécutives non encore allouées sont ensuite classés par taille croissante, avant de procéder à l'allocation pour l'équipement utilisateur i suivant, en procédant par ordre de valeur Li décroissante.
Si cette méthode d'allocation ne permet pas d'allouer de procéder à l'allocation des unités de ressources radio aux flux de données utiles prioritaires, la valeur de C est diminuée de 1 ou plus et les étapes S2 et S3 répétées. La recherche de la valeur de C permettant de procéder à l'allocation des unités de ressources radio aux flux de données utiles prioritaires peut être effectuée par dichotomie.
Si besoin, afin de mieux gérer les sauts de fréquence qui sont préconisés dans la norme LTE, la station de base 1 peut également, lorsque deux groupes d'unité de ressources radio, formant deux plages de fréquence adjacentes, ont été affectés à deux équipements utilisateur, effectuer une permutation des unités de ressources radio affectées à ces deux équipements utilisateur : celui des deux auquel les bandes de fréquences les plus basses avaient été initialement affectées se voit affecter les bandes de fréquences les plus hautes et vice -versa, et ceci sans toutefois modifier le nombre d'unité de ressources radio - c'est-à-dire le nombre de bande de fréquences - qui est affecté à chacun de ces deux équipements.
Par exemple, en utilisant les notations utilisées dans la figure 5, si une première plage de fréquence comprenant les deux bandes de fréquence Bl et B2 est affectée à l'équipement utilisateur 1 et une deuxième plage de fréquence comprenant les trois bandes de fréquence B3 à B5 est affectée à l'équipement utilisateur 2, la permutation revient à affecter les bandes de fréquences Bl à B3 à l'équipement utilisateur 2 et les bandes de fréquences B4 et B5 à l'équipement utilisateur 1. Pour la liaison descendante, il n'est pas nécessaire que des bandes de fréquence consécutives soient allouées à un même équipement utilisateur. Les ressources radio sont donc allouées aux équipements utilisateurs i en effectuant un classement des nombres Li par valeur décroissante, puis en affectant les unités de ressources radio en commençant par les équipements utilisateurs auquel est affecté un nombre Li le plus élevé et en procédant par ordre de valeur Li décroissante.
Si besoin, de la même manière que pour le sens remontant, afin de mieux gérer les sauts de fréquence qui sont préconisés dans la norme LTE, la station de base 1 peut également, lorsque deux groupes d'unité de ressources radio, formant deux plages de fréquence adjacentes, ont été affectés à deux équipements utilisateurs distincts, effectuer une permutation des unités de ressources radio affectées à ces deux équipements utilisateur. Les permutations ici sont plus simples que pour la liaison montante, puisque la contrainte sur les bandes de fréquence consécutive n'existe pas : on peut donc échanger les deux équipements utilisateurs prioritaires auxquels sont allouées deux unités de ressources radio quelconques.
A l'étape S4, lorsque les données prioritaires utiles ont été traitées, la station de base 1 effectue l'allocation des unités de ressources radio restantes (non encore allouées à des données de contrôle ou des données utiles prioritaires) aux données utiles non-prioritaires.
Pour cela, la station de base 1 détermine un nombre C2 d'unités de ressources radio disponibles pour la transmission des données utiles non-prioritaire à partir du nombre d'unités de ressources radio attribuées pour la transmission de données de contrôle et du nombre « priority_traffic » d'unités de ressources radio utilisées pour la transmission de données utiles prioritaires :
C2 = pr - control - priority _ traffic
Puis, la station de base 1 ré -exécute les étapes S2 et S3 pour effectuer l'allocation d'unités de ressources aux équipements utilisateurs ayant des données utiles non-prioritaires à émettre / recevoir de manière à générer un nombre Li d'unité de ressources radio pour chaque équipement utilisateur i ayant des données utiles non-prioritaires à émettre ou recevoir. Dans l'exécution des étapes S2 et S3, on remplace C par C2 lorsqu'il s'agit de traiter l'allocation des flux non prioritaires.
Lorsqu'il n'est pas possible de servir au cours d'un même intervalle de temps TTI tous les aux équipements utilisateurs ayant des données utiles non-prioritaires à émettre / recevoir, une méthode de type Round Robin (sélection avec permutation circulaire) peut être utilisée pour sélectionner à chaque intervalle de temps les équipements utilisateurs qui seront servis : dans ce cas, une valeur Li sera calculée uniquement pour les équipements utilisateurs sélectionnés pour un intervalle de temps.
Le nombre d'équipements utilisateurs non prioritaires sélectionnés à chaque intervalle de temps TTI peut être faible : dans ce cas, on ne va servir que peu d'équipements utilisateurs non prioritaires à la fois, mais il sera possible de leur affecter plus de ressources.
L'affectation des ressources radio encore disponibles aux différents équipements utilisateurs se déroule alors de la même manière que pour les flux prioritaires (cf. étape S3) : notamment en procédant d'abord à l'affectation des ressources radio aux flux remontants.
Pour chaque intervalle de temps suivant, d'autres équipements utilisateurs ayant des données utiles non-prioritaires à émettre / recevoir seront sélectionnés, conformément à la méthode Round Robin, en fonction des unités de ressources encore disponibles après allocation des flux prioritaires et les étapes S2 et S3 répétées pour ces équipements utilisateurs non prioritaires.
Des méthodes de priorisation autres que le Round Robin sont bien entendu utilisables pour sélectionner les équipements utilisateurs non-prioritaires qui seront servis lors d'un intervalle de temps donné.
Le procédé d'allocation a été décrit dans le cas où il y a deux niveaux de priorité pour les données utiles : données utiles prioritaires ou non prioritaires. Ce procédé se généralise aisément à un nombre quelconque de niveaux de priorité 1 à X (X entier, strictement supérieur à 2): l'allocation des ressources radio est effectuée en procédant par niveau de priorité, et en répétant pour chaque niveau de priorité les étapes S2 et S3 avec les unités de ressources radio non encore allouées. Dans l'exécution des étapes S2 et S3, on remplacera alors C par le nombre Cx d'unités de ressources radio affectées aux données de niveau de priorité x lorsqu'il s'agit de traiter l'allocation des flux de niveau de priorité x.
La logique est ici est toujours:
- de servir le plus possible de flux prioritaires compte tenu du nombre Pctrl d'unités de ressources radio affectées à la transmission de données de contrôle, et, lorsque tous les flux prioritaires ne peuvent être servis au cours d'un même intervalle de temps, de servir en priorité les flux prioritaires qui sont en attente d'être servis depuis le plus longtemps,
- lorsque tous les flux prioritaires peuvent être servis, de servir le plus possible de flux non prioritaires, et, lorsque tous les flux non prioritaires ne peuvent être servis au cours d'un même intervalle de temps, de servir en priorité les flux non prioritaires qui sont en attente d'être servis depuis le plus longtemps.
En outre, les valeurs de Cx sont calculées de manière à garantir une qualité de service minimale pour chaque niveau de priorité. Pour les flux non prioritaires, c'est-à-dire pour x supérieur ou égal à 2, une période minimale Px pour servir les flux de niveau de priorité x est définie, égale à un intervalle de temps TTI, ou bien à Nx intervalles de temps TTI, avec Nx égal à 2 ou 3 par exemple. On impose alors de servir, pendant cette période minimale Px, au moins un flux de niveau de priorité x (ou un nombre prédéterminé minimal Fx, strictement supérieur à 1 , de flux de niveau de priorité x). On garantit ainsi que l'on traite les flux de niveau de priorité x avec une cadence minimale Px, et on garantit simultanément que la bande passante n'est pas entièrement consommée par les flux prioritaires, c'est-à-dire par les flux de niveau de priorité 1. Ceci évite de pénaliser certains flux au détriment des autres et de respecter la logique inhérente à la méthode proposée ici de prise en compte de l'état du réseau, notamment des besoins en qualité de service des différents flux à transmettre.
En pratique, pour la sélection des flux à servir au cours d'un intervalle de temps donné effectuée lors de l'étape SI, on applique la méthode suivante, illustrée à la figure 6.
On obtient ensuite lors de l'étape 600 le nombre total Fp de flux prioritaires en attente d'être servis et le nombre total Fnp de flux non prioritaires en attente d'être servis.
On détermine lors de l'étape 610 le nombre minimal Fmin2 de flux non prioritaires à servir au cours dudit intervalle de temps, en fonction d'une période minimale définie pour servir les flux non prioritaires ; cette détermination est effectuée pour chaque niveau de priorité différent du niveau 1 , le nombre Fmin2 de flux non prioritaires à servir étant la somme des nombres Fx de flux prioritaires à servir au minimum au cours dudit intervalle de temps sur tous les niveaux de priorité x différents du niveau 1 :
x
F min 2 = Fx
On détermine lors de l'étape 620 le nombre Pctrl d'unités de ressources radio affectées à la transmission de données de contrôle, compte tenu d'une règle d'attribution R, R2, ou R3 choisie préalablement. La méthode décrite plus haut est applicable. Par exemple, Pctrl= 2.
On détermine lors de l'étape 630 le nombre maximal Fmax de flux susceptibles d'être servis au cours dudit intervalle de temps compte tenu du nombre Pctrl d'unités de ressources radio affectées à la transmission de données de contrôle de flux. On détermine lors de l'étape 640 le nombre Fmaxl de flux prioritaires susceptibles d'être servis au cours dudit intervalle de temps, en fonction de la différence entre le nombre maximal Fmax de flux susceptibles d'être servis et le nombre minimal Fmin2 de flux non prioritaires à servir :
F max 1 = F max- F min 2
On compare ensuite lors de l'étape 650 le nombre Fmaxl de flux prioritaires susceptibles d'être servis avec le nombre total Fp de flux prioritaire en attente d'être servis pour déterminer le nombre FSp de flux prioritaires qui seront effectivement servis et le nombre FSnp de flux non prioritaires qui seront effectivement servis au cours de l'intervalle de temps considéré. L'une des étapes 651, 652 ou 653 est exécutée en fonction du résultat de la comparaison.
Si max l > p (étape 651), alors tous les flux prioritaires pourront être servis : le nombre FSp de flux prioritaires qui seront effectivement servis au cours de l'intervalle de temps considéré sera égal à Fp. Outre les Fmin2 flux prioritaires à servir, un nombre de flux supplémentaire de flux non prioritaires pouvant être servi est égal F max 1 - Fp . Le nombre Fmax2 de flux non prioritaires susceptibles d'être servis est dans ce cas égal à F max 1 - Fnp + F min 2 . Ainsi le nombre FSnp de flux non prioritaires qui seront effectivement servis au cours de l'intervalle de temps considéré sera égal à
min( max 1 - Fnp + F min 2, Fnp) On exécute alors l'étape 660 finale suite à l'étape 651.
Si F max 1 = Fp (étape 652), alors tous les flux prioritaires pourront être servis : le nombre FSp de flux prioritaires qui seront effectivement servis au cours de l'intervalle de temps considéré sera égal à Fp. Le nombre FSnp de flux de flux non prioritaires qui seront effectivement servis est égal et limité à la valeur Fmin2 déterminée.
On exécute alors l'étape 660 finale suite à l'étape 652.
Si F max l < Fp (étape 653), alors tous les flux prioritaires ne pourront être servis : le nombre FSp de flux prioritaires qui seront effectivement servis au cours de l'intervalle de temps considéré sera égal à Fmaxl. Le nombre FSnp de flux de flux non prioritaires qui seront effectivement servis est égal et limité à la valeur Fmin2 déterminée. Dans une telle situation on compare (test de l'étape 655) le nombre Pctrl d'unités de ressources radio affectées à la transmission de données de contrôle au nombre maximal (3 en général dans LTE) d'unités de ressources radio susceptibles d'être affectées à la transmission de données de contrôle.
Si ces deux nombres sont identiques, les valeurs de FSp et FSnp sont inchangées, on exécute alors l'étape 660 finale suite à l'étape 655.
Dans le cas contraire, si le nombre Pctrl d'unités de ressources radio affectées à la transmission de données de contrôle est strictement inférieur au nombre maximal d'unités de ressources radio susceptibles d'être affectées à la transmission de données de contrôle, on augmente lors de l'étape 656 le nombre Pctrl d'unités de ressources radio affectées à la transmission de données de contrôle, par exemple de 1 unité :
Pctrl = Pctrl +1
Puis on exécute à nouveau l'étape 630 et les suivantes selon la logique décrite ci-dessus, jusqu'à parvenir à l'étape 660 finale.
Lors de l'étape 660 finale, le nombre FSp de flux prioritaires qui seront effectivement servis et le nombre FSnp de flux de flux non prioritaires qui seront effectivement servis sont connus. On identifie alors les flux à servir effectivement, en fonction de la durée d'attente de chacun des flux candidats en attente d'être servis, puis on alloue les ressources radio aux flux identifiés.
L'identification des flux est réalisée par exemple de la manière suivante. Si FSp <Fp , on sert en priorité les Fsp flux prioritaires qui sont en attente d'être servis depuis le plus longtemps. Si FSnp <Fnp , on sert en priorité les FSnp flux prioritaires qui sont en attente d'être servis depuis le plus longtemps.
Le procédé d'allocation qui vient d'être décrit permet d'adapter dynamiquement l'allocation des ressources radio à un état actuel du réseau. Le procédé permet notamment de réduire au maximum la bande passante consacrée à la transmission des données de contrôle tout en conservant, à chaque instant, une bande passante adaptée au nombre de terminaux présents et aux besoins de ces terminaux en bande passante ou, plus généralement, en qualité de service.
Le procédé d'allocation permet en outre de maximiser la bande passante consommée tout en assurant une répartition équitable entre les utilisateurs, en ce qu'il permet d'allouer plus de bande passante à des flux non prioritaires ou peu consommateurs de bande passante, du fait : d'une part, de la méthode d'allocation dynamique, prenant en charge les contraintes de qualité de service des différents équipements à un instant donné, qui est appliquée pour allouer des unités de ressources radio à des données de contrôles et d'autre part, de l'optimisation effectuée sur l'allocation des unités de ressources radio aux données utiles prioritaires.
Ces deux mesures permettent de conserver pour les données utiles non prioritaires une bande passante sensiblement plus importante qu'avec la méthode connue.
On décrit ci-dessous des simulations permettant de comparer une allocation réalisée en utilisant le procédé d'allocation de ressources décrit ci-dessus avec des allocations de ressources déterminées de manière statique.
La puissance de sortie maximale de la station de base 1 est fixée à 20 W, le bruit blanc environnant à 5E-14 dB, la taille de la cellule typique à 1000m, le facteur d'affaiblissement de propagation à 3, la puissance maximale d'un équipement utilisateur à 200mW.
On considère en outre que le facteur ombrage suit une loi logarithmique normale de moyenne de 6 dB, et le facteur d'évanouissement rapide une loi exponentielle avec K = 1. Le codage du signal est supposé pouvoir exploiter 80% de la capacité de Shannon, et un facteur MIMO de 1,8 est utilisé.
Les paramètres LTE comprennent un préfixe cyclique long, des plages de fréquence montantes et descendantes de 3MHz, et un nombre maximal d'unités de ressources radio de 6, 18 et 30 pour un nombre (PDCCH) d'unité de ressources radio alloué aux données de contrôle égal à 1,2 et 3 respectivement.
Le réseau est chargé avec les flux de données suivants :
Type Priorit Numbe Uplink Uplink Uplink Downlin Downlin Downlin y r of frequenc minimu maximu k k k
such y of m m packet frequenc minimu maximu flows packets packet size y of m packet m packet
(per s.) size (Bytes) packets size size
(Bytes) (per s.) (Bytes) (Bytes)
Call Video 1 4 30 200 50000 30 200 50000
Call Voice 1 60 50 20 160 50 20 160 Video
surveillanc 1 4 30 700 7000 / / / e
Interactive
1 4 50 20 20 50 20 200 game
Music 2 2 / / / 1 400 5000
Web
2 4 / / / 1500 1500 surfing
La figure 4 montre les résultats obtenus pour cette simulation, avec :
un nombre variable d'unité de ressources radio allouées aux données de contrôle (courbe Ci),
un nombre égal à 2 (courbe C2) et
un nombre égal à 3 (courbe C3).
Le gain obtenu, en utilisant le procédé d'allocation de ressources avec un nombre minimal d'unités de ressources radio allouées aux données de contrôle (on utilise donc, pour toute la durée des tests, la première règle RI pour la détermination du nombre d'unités de ressources radio allouées aux données de contrôle), est de 5% et 16% de la bande passante pour les flux Web par rapport à l'utilisation d'un nombre fixe d'unité de ressources radio allouées aux données de contrôle égal respectivement à 2 et 3. Le procédé permet ainsi d'augmenter la bande passante allouée aux équipements utilisateurs émetteurs ou récepteurs de flux Web.
On constate par ailleurs que les autres flux (y compris les flux voix, vidéo) sont très peu impactés : pas de retard additionnel, une légère modification de la qualité dans certaines configurations mais sans dégradation globale.
En conséquence, le procédé d'allocation permet de préserver les performances pour les flux prioritaires (voix, typiquement) et/ou gros consommateurs de bande passante (vidéo, typiquement), tout en améliorant de manière sensible les performances pour les flux non prioritaires et peu consommateurs de bande passante tels que les flux Web. La bande passante disponible est donc allouée de manière plus optimale.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de traitement de données pour réaliser une allocation de ressources radio dans un réseau radio cellulaire en mode paquet, ledit réseau radio cellulaire comportant une station de base (1) et un ensemble d'équipements utilisateurs (UE) configurés pour échanger des flux de données utiles avec la station de base, le procédé étant mis en œuvre dans la station de base et comportant les étapes suivantes :
a) affectation d'un nombre d'unités de ressources radio à la transmission de données de contrôle en fonction d' au moins une contrainte de qualité de service concernant les flux de données utiles en attente d'être servis par ladite station de base ,
b) détermination, en fonction dudit nombre d'unités de ressources radio attribuées pour la transmission de données de contrôle, d'un nombre d'unités de ressources radio disponibles pour la transmission de flux de données utiles,
c) allocation des unités de ressources radio disponibles pour la transmission au cours d'un intervalle de temps déterminé de données d'au moins un sous-ensemble des flux de données utiles en attente d'être servis.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'étape a) comprend :
- attribuer un premier nombre d'unités de ressources radio pour la transmission de données de contrôle,
- tester s'il est possible de transmettre, au moyen des unités de ressources radio affectées à la transmission de données de contrôle, toutes les données de contrôle nécessaires pour adresser l'ensemble des flux de données utiles prioritaires à servir,
- dans la négative, affecter un deuxième nombre d'unités de ressources radio à la transmission de données de contrôle, le deuxième nombre étant supérieur au premier nombre.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l'étape c) comprend
- une détermination du nombre Fmax maximal de flux susceptibles d'être servis au cours dudit intervalle de temps compte tenu du nombre d'unités de ressources radio affectées à la transmission de données de contrôle; - une détermination du nombre minimal Fmin2 de flux non prioritaires à servir au cours dudit intervalle de temps, en fonction d'une période minimale définie pour servir les flux non prioritaires d'un niveau de priorité donné ;
- une détermination du nombre maximal Fmaxl de flux prioritaires susceptibles d'être servis au cours dudit intervalle de temps, en fonction dudit nombre maximal Fmax de flux susceptibles d'être servis et dudit nombre minimal Fmin2 de flux non prioritaires à servir,
- une détermination du nombre FSnp de flux non prioritaires à servir et du nombre FSp de flux prioritaires à servir au cours dudit intervalle de temps, en fonction dudit nombre minimal Fmin2 de flux non prioritaires à servir et du nombre maximal Fmaxl de flux prioritaires susceptibles d'être servis ;
- une identification de FSnp flux non prioritaires à servir en priorité et de FSp flux prioritaires à servir et
- une allocation d'unités de ressources radio pour ces FSnp flux non prioritaires et FSp flux prioritaires identifiés.
4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel l'étape c) comprend une détermination du nombre maximal de flux non prioritaires susceptibles d'être servis au cours dudit intervalle de temps, en fonction dudit nombre maximal de flux prioritaires pouvant être servis au cours dudit intervalle de temps.
5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel
- lorsque tous les flux prioritaires ne peuvent être servis au cours dudit intervalle de temps, on sélectionne les flux prioritaires à servir en priorité parmi les flux prioritaires qui sont en attente d'être servis depuis le plus longtemps,
- lorsque tous les flux prioritaires ne peuvent être servis au cours d'un même intervalle de temps, on sélectionne les flux prioritaires à servir parmi les flux non prioritaires qui sont en attente d'être servis depuis le plus longtemps.
6. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'étape c) comprend , pour le ou les flux de données utiles d'un niveau de priorité x donné à servir au cours dudit intervalle de temps:
- obtenir un paramètre de répartition représentatif d'un mode de répartition de la bande passante entre les différents flux dudit niveau de priorité ; - déterminer un nombre d'unités de ressources radio à allouer à chaque flux du niveau de priorité x de manière à maximiser un taux d'utilisation de la bande passante disponible compte tenu dudit paramètre de répartition.
7. Programme informatique comportant des instructions pour la mise en œuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes lorsque ce programme est exécuté par un processeur.
8. Station de base (1) configurée pour réaliser une allocation de ressources radio dans un réseau radio cellulaire en mode paquet comportant un ensemble d'équipements utilisateurs (UE) configurés pour échanger des flux de données utiles avec la station de base, la station de base comprenant :
- un module d'affectation d'un nombre d'unités de ressources radio à la transmission de données de contrôle en fonction d'au moins une contrainte de qualité de service concernant les flux de données utiles en attente d'être servis par ladite station de base ,
- un module de détermination, en fonction dudit nombre d'unités de ressources radio attribuées pour la transmission de données de contrôle, d'un nombre d'unités de ressources radio disponibles pour la transmission de flux de données utiles,
- un module d'allocation des unités de ressources radio disponibles pour la transmission au cours d'un intervalle de temps déterminé de données d'au moins un sous-ensemble des flux de données utiles en attente d'être servis..
9. Réseau radio cellulaire comportant au moins une station de base selon la revendication 8 et un ensemble d'équipements utilisateurs configurés pour échanger des données avec la station de base.
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