Tal como proposto no capítulo anterior, o uso do LTE no contexto de TVWS envolve quatro etapas:
Monitorização de rede;
Avaliação da portadora TVWS;
Parametrização da rede e configuração;
RRM.
Para implementar esta solução, somente a última etapa (onde ocorre a atribuição da portadora ou o escalonamento) deve ser dinâmica e automática. As outras etapas podem ser realizadas manualmente. Todo este processo é cognitivo para melhor utilização do espectro disponível.
O WWRF-WG6 [27] propõe uma arquitectura funcional para a gestão do espectro e para os recursos de rádio adaptativos e de sistemas reconfiguráveis, ou seja, a Dynamic Network
Planning and Management (DNMP). A DNMP avalia o número de portadoras necessárias e
atribui nas diferentes células/sectores, a fim de minimizar as interferências e maximizar a capacidade e a cobertura. Está fora do objectivo desta dissertação investigar qualquer solução DNMP. No entanto, para fins de simulação aplica-se um algoritmo simples para identificar as portadoras TVWS (número e localização), a fim de se evitarem situações de interferência elevada.
Em [28], é proposto um algoritmo que atribui portadoras com maior Channel Quality Indicator (CQI) nas frequências mais elevadas, atribuindo-se as restantes portadoras em frequências mais baixas. No nosso caso, essas portadoras são os TVWS. Outras abordagens têm sido estudadas [29], como agregação de portadoras LTE e coordenação da transmissão multi-ponto (Coordinated multi-point transmission – CoMP) baseado em MIMO, o que pode aumentar a relevância da utilização dos TVWS.
Os capítulos seguintes descrevem a fase de atribuição do utilizador, em particular os algoritmos responsáveis pelo RRM. O algoritmo deve levar em consideração a disponibilidade TVWS e decidir qual é a melhor portadora, Legacy ou TVWS, o que significa garantir a QoS e ter a capacidade de optimizar o sistema. A banda Legacy usa frequência mais elevada (2.6 GHz) e enquanto que a banda TVWS utiliza a frequências inferior (700 MHz). Assim, propõem- se e avaliam-se dois algoritmos:
101
Algorithm 1
O “Algorithm 1” é mais simples: as operadoras tradicionais atribuem portadoras TVWS aos terminais quando as portadoras Legacy estão totalmente ocupadas. Nessa atribuição não é feita uma avaliação específica baseada no QoS. Supõe-se que já foi feita uma avaliação prévia para a cobertura TVWS. O “Algorithm 1” é uma solução mais simples (comparativamente ao segundo algoritmo) do ponto de vista na implementação da rede celular. O utilizador, neste caso, solicita sempre o serviço a uma portadora Legacy; só nos casos em que a portadora
Legacy estiver totalmente ocupada é que a rede informa o utilizador que será atribuído uma
portadora TVWS.
IF (Clegacy_usedRRB + Clegacy_needRRB <= Clegacy_RRBmax) THEN Allocate Legacy carrier to user
ELSE IF (Ctvws_usedRRB + Utvws_needRRB < Ctvws_RRBmax) THEN Allocate TVWS carrier to user
ELSE
User blocked END
Algorithm 1: Pseudo-código para o “Algorithm 1” para a atribuição de LTE sobre TVWS No pseudo-código do “Algorithm 1” que é apresentado verifica-se que a soma dos números de
Radio Resource Blocks (RRBs) requeridos mais o número de RRBs que já foram atribuídos não
é maior do que a capacidade máxima da respectiva portadora (TVWS ou Legacy); caso os dois RRBs estejam totalmente ocupados o terminal é bloqueado.
Algorithm 2
O “Algorithm 2” apresentado diz respeito à fase de atribuição das portadoras. Pretende-se proporcionar ao utilizador a QoS contratada ao operador de rede. Assim, o operador deve optimizar a capacidade do sistema e obter uma solução simples e eficaz de atribuição de portadoras (Legacy ou TVWS). A atribuição dos radio resources (RR) necessários para prestar um serviço depende da qualidade do sinal de rádio, particularmente do valor de SNR na recepção. Assim, em geral quando o SNR diminui o número de radio resources aumenta, o que corresponde à disponibilização significa que menos recursos para os utilizadores. Assim com o aumento de utilizadores o operador fica com menos capacidade de resposta (de fornecimento de serviço) e, no limite, os utilizadores ficam bloqueados.
O “Algorithm 2” permite que estes utilizadores não ficam bloqueados e que o operador continue a fornecer o serviço. Assim, com o “Algorithm 2”, o terminal tem que fornecer os parâmetros sobre a qualidade do sinal recebido (CQI) em ambas as portadoras (Legacy e TVWS) e enviar essa informação para o núcleo da rede (Core Network), que avalia qual das portadoras ocupa menos recursos de rádio para prestar o serviço solicitado. A portadora
102
utiliza menos recursos é seleccionada, aumentando a capacidade do operador fornecer o serviço. No caso de os RRBs serem os mesmos para ambas portadoras, é atribuída ao utilizador a portadora Legacy. Se não existirem portadoras Legacy para atribuir são utilizados, como último recurso, os RRBs na portadora TVWS.
A atribuição de radio resources para o utilizador não é um processo linear é feita, mas sim por escalões, que dependem da Modulation and Coding Schemes (MCS) atribuído a cada portadora. A cada valor de SNR é atribuído um MCS, ou seja, no caso de o SNR ser baixo é necessário um maior número de RRBs. No caso de o SNR ser elevado requerem-se menos RRBs. Mas se o SNR já oferece o MCS de ordem superior, obtendo-se já um mínimo de RRBs, o aumento do SNR será inútil. O conhecimento do SNR e/ou CQI constituem uma informação valiosa para a atribuição dos RRBs a cada utilizador, permitindo decidir sobre quais bandas de frequência que se devem atribuir os recursos.
Resumindo, o utilizador é atribuído a uma portadora Legacy se o número de RRBs necessários para fornecer o serviço solicitado é o mesmo ou menor do que as portadoras TVWS. Neste caso, o algoritmo ainda verifica se há capacidade disponível nas bandas Legacy. Se existir essa capacidade disponível o utilizador é atribuído à portadora Legacy; caso contrário, é atribuído à portadora TVWS. Por outro lado, se o tamanho dos RRBs necessários em TVWS é inferior em relação aos da banda Legacy, será seleccionado a portadora TVWS, caso se verifique que há capacidade disponível nas bandas TVWS. Senão, os RRBs são atribuídos à portadora Legacy. No fim, se verificar que as portadoras TVWS e Legacy não foram atribuídas o utilizador é bloqueado. A seguir, apresenta o pseudo-código do "Algorithm 2":
IF Ulegacy_needRRB ≤ Utvws_needRRB THEN
IF Clegacy_usedRRB + Ulegacy_needRRB ≤ Clegacy_RRBmax THEN Allocate Legacy carrier to user
ELSE IF Ctvws_usedRRB + Utvws_needRRB ≤ Ctvws RRBmax THEN Allocate TVWS carrier to user
ELSE
Block user END
ELSE
IF Ctvws_usedRRB + Utvws_needRRB ≤ Ctvws_RRBmax THEN Allocate TVWS carrier to user
ELSE IF Clegacy_usedRRB + Ulegacy_needRRB ≤ Clegacy_RRBmax THEN Allocate Legacy carrier to user
ELSE Block user END
Algorithm 2: Pseudo-código para o “Algorithm 2” para atribuição da portadora LTE ou TVWS
103
Estes algoritmos são implementados no simulador descrito no capítulo 5. O simulador implementa os “Algorithm 1” e “Algorithm 2” descritos neste capítulo. A Figura 67 apresenta a interface gráfica utilizada nos cálculos relativamente aos dois algoritmos.
Figura 67 : Interface gráfica do simulador LTE (“Algorithm 1” e “Algorithm 2”)