Gestión de recursos de radio

La gestión de recursos de radio ( RRM ) es la gestión a nivel de sistema de la interferencia cocanal , los recursos de radio y otras características de transmisión de radio en sistemas de comunicación inalámbrica , por ejemplo , redes celulares , redes de área local inalámbricas , sistemas de sensores inalámbricos y redes de radiodifusión . ^{[ 1 ] [ 2 ]} La RRM implica estrategias y algoritmos para controlar parámetros como la potencia de transmisión, la asignación de usuarios, la formación de haces, las tasas de datos, los criterios de transferencia, el esquema de modulación, el esquema de codificación de errores, etc. El objetivo es utilizar los recursos limitados del espectro de radiofrecuencia y la infraestructura de la red de radio de la manera más eficiente posible.

La gestión de recursos de radio (RRM) se centra en la capacidad de redes multiusuario y multicelda, más que en la capacidad del canal punto a punto . La investigación y la formación tradicionales en telecomunicaciones suelen enfocarse en la codificación de canal y la codificación de fuente pensando en un único usuario, pero cuando varios usuarios y estaciones base adyacentes comparten el mismo canal de frecuencia, puede resultar imposible alcanzar la máxima capacidad del canal. Los esquemas dinámicos y eficientes de RRM pueden aumentar la eficiencia espectral del sistema en un orden de magnitud , lo que suele ser considerablemente mayor que lo que se consigue con esquemas avanzados de codificación de canal y codificación de fuente. La RRM es especialmente importante en sistemas limitados por interferencias cocanal en lugar de por ruido, como por ejemplo, los sistemas celulares y las redes de radiodifusión que cubren grandes áreas de forma homogénea, y las redes inalámbricas compuestas por numerosos puntos de acceso adyacentes que pueden reutilizar las mismas frecuencias de canal.

El coste de desplegar una red inalámbrica suele estar dominado por los emplazamientos de las estaciones base (costes inmobiliarios, planificación, mantenimiento, red de distribución, energía, etc.) y, a veces, también por las tasas de licencia de frecuencia. Por lo tanto, el objetivo de la gestión de recursos radioeléctricos suele ser maximizar la eficiencia espectral del sistema en bits/s/Hz/unidad de área o Erlang/MHz/sitio , bajo algún tipo de restricción de equidad para el usuario, por ejemplo, que el nivel de servicio sea superior a un determinado umbral. Esto último implica cubrir un área determinada y evitar interrupciones debidas a interferencias cocanal , ruido , atenuación por pérdidas de trayectoria, desvanecimiento por sombreado y multitrayectoria , efecto Doppler y otras formas de distorsión . El nivel de servicio también se ve afectado por bloqueos debidos al control de admisión , escasez de programación o incapacidad para garantizar la calidad de servicio solicitada por los usuarios.

Si bien la gestión clásica de recursos de radio consideraba principalmente la asignación de recursos de tiempo y frecuencia (con patrones fijos de reutilización espacial), las recientes técnicas MIMO multiusuario permiten una gestión adaptativa de recursos también en el dominio espacial. ^{[ 3 ]} En las redes celulares, esto significa que la reutilización fraccionaria de frecuencia en el estándar GSM ha sido reemplazada por una reutilización universal de frecuencia en el estándar LTE .

La gestión estática de recursos de radio (RRM) implica tanto la planificación manual como la planificación asistida por computadora de celdas fijas o de redes de radio . Ejemplos:

• Los planes de asignación de frecuencias son decididos por organismos de normalización, por autoridades nacionales de frecuencias y en subastas de recursos de frecuencia.
• Despliegue de emplazamientos de estaciones base (o emplazamientos de transmisores de radiodifusión)
• alturas de las antenas
• Planes de frecuencia de canal
• Direcciones de la antena sectorial
• Selección de parámetros de modulación y codificación de canal
• Diversidad espacial de antenas de estación base , por ejemplo
  • Microdiversidad de receptores mediante combinación de antenas
  • Diversidad macro de transmisores , como las redes de frecuencia única OFDM (SFN).

Los esquemas RRM estáticos se utilizan en muchos sistemas inalámbricos tradicionales, por ejemplo, en sistemas celulares 1G y 2G , en las redes de área local inalámbricas actuales y en sistemas no celulares, como los sistemas de radiodifusión. Algunos ejemplos de esquemas RRM estáticos son:

• Comunicación en modo circuito mediante FDMA y TDMA .
• Asignación de canales fijos (FCA)
• Criterios de transferencia estática

Los esquemas RRM dinámicos ajustan de forma adaptativa los parámetros de la red de radio a la carga de tráfico, la posición de los usuarios, la movilidad de los usuarios, los requisitos de calidad de servicio, la densidad de estaciones base, etc. Los esquemas RRM dinámicos se consideran en el diseño de sistemas inalámbricos con el fin de minimizar la costosa planificación manual de celdas y lograr patrones de reutilización de frecuencia más "ajustados" , lo que resulta en una mayor eficiencia espectral del sistema .

Algunos esquemas son centralizados, donde varias estaciones base y puntos de acceso son controlados por un controlador de red de radio (RNC). Otros son distribuidos, ya sea mediante algoritmos autónomos en estaciones móviles , estaciones base o puntos de acceso inalámbricos , o coordinados mediante el intercambio de información entre estas estaciones. ^{[ 1 ]}

Ejemplos de esquemas RRM dinámicos son:

• Algoritmos de control de potencia
• algoritmos de precodificación
• Algoritmos de adaptación de enlaces
• Algoritmos de asignación dinámica de canales (DCA) o selección dinámica de frecuencia (DFS), que permiten la "respiración de la celda".
• Criterios de transferencia adaptativa del tráfico , que permiten la " respiración de la celda ".
• Particionamiento de reutilización
• Filtrado adaptativo
  • Cancelación de interferencias de antena única (SAIC)
• Esquemas de diversidad dinámica , por ejemplo
  • Transferencia suave
  • Redes dinámicas de frecuencia única (DSFN)
  • Antena de matriz en fase con
    • formación de haces
    • Comunicaciones de entrada múltiple y salida múltiple (MIMO)
    • Codificación espacio-temporal
• Control de admisión
• Asignación dinámica de ancho de banda mediante esquemas de acceso múltiple con reserva de recursos o multiplexación estadística , por ejemplo, espectro ensanchado y/o radio por paquetes.
• Por ejemplo, la programación dependiente del canal .
  • Planificación justa de máximo-mínimo utilizando, por ejemplo, colas justas.
  • Planificación proporcionalmente justa utilizando, por ejemplo, colas justas ponderadas.
  • Programación de rendimiento máximo (proporciona un nivel de servicio bajo debido a la inanición).
  • Asignación dinámica de paquetes (DPA)
  • Esquemas de planificación de paquetes y recursos (PARPS)
• Redes móviles ad hoc que utilizan comunicación multisalto
• radio cognitiva
• Comunicación verde
• RRM con reconocimiento de QoS
• Femtocélulas

Las redes futuras, como el estándar LTE (definido por 3GPP ), están diseñadas para la reutilización de una frecuencia. En dichas redes, las celdas vecinas utilizan el mismo espectro de frecuencia. Estos estándares aprovechan el acceso múltiple por división espacial (SDMA) y, por lo tanto, pueden ser altamente eficientes en términos de espectro, pero requieren una estrecha coordinación entre celdas para evitar interferencias intercelulares excesivas. Como en la mayoría de los despliegues de sistemas celulares, la eficiencia espectral general del sistema no está limitada por el alcance ni por el ruido, sino por la interferencia. ^{[ 1 ]} La gestión de recursos de radio entre celdas coordina la asignación de recursos entre diferentes sitios de celdas mediante técnicas MIMO multiusuario . Existen varios medios de coordinación de interferencias intercelulares (ICIC) ya definidos en el estándar. ^{[ 4 ]} Las redes dinámicas de frecuencia única , la programación coordinada, el MIMO multisitio o la precodificación multicelular conjunta son otros ejemplos de gestión de recursos de radio entre celdas. ^{[ 3 ] [ 5 ]}

• eficiencia espectral CDMA
• Tráfico celular
• Control de interferencias electromagnéticas
• IEEE 802.11h - Control de potencia de transmisión y selección dinámica de frecuencia (DFS) para redes de área local inalámbricas.
• IEEE 802.11k - RRM para redes de área local inalámbricas
• Gestión de la movilidad
• Modelo de movilidad
• Métodos de acceso múltiple
• Modelo de propagación de radiofrecuencia