13   Управление мощностью в системах с расширенным спектром

 

Важнейшей задачей любой сотовой  системы связи в том числе и системой с расширенным спектром является достижение максимально возможного количества одновременно обслуживаемых абонентов в одном секторе БС.

В системах на основе технологии CDMA это достигается в том случае , если           , где

- это суммарная спектральная мощность  шума:

 

-спектральная мощность теплового шума

-спектральная мощность интерференционных шумов

- минимально необходимое отношение сигнал/шум для данной системы

 

Поскольку (смотри раздел 1.4.) , то полагая , что , то имеем: , где

 

Ps,W,R,Pi,n –обозначения описанные в разделе 1.4.

 

Из данного выражения после его анализа несложно сделать вывод , что для достижения  минимального  необходимо чтобы мощности на входе приемника БС от всех МС были одинаковыми, т.е P1=P2=…=Pi-1=Pi=Pn-1=Ps 

Тогда в этом случае , и с учетом условия  получим, что теоретически достижимое количество одновременно обслуживаемых абонентов равно:

Таким образом достижение условия  является ключевым в системах CDMA для обеспечения максимальной емкости в секторе БС

Основные требования, которые накладываются на характер управления мощностью в CDMA диктуются следующими двумя особенностями функционирования сотовой системы связи:

1)      Расстояние между различными МС расположенными в зоне обслуживания БС и местом размещения БС может различаться в 100 раз, что в свою очередь приводит к тому, что уровень сигнала на БС от  разных МС может различаться на 80 ДБ в том случае, если они излучают одинаковую мощность.

Вывод: должен использоваться метод управления мощностью  МС с достаточно высоким динамическим диапазоном.

 

2)      Явление многолучевости  приводит к появлению замираний принимаемого БС сигнала от МС  при перемещении МС, причем глубина этих замираний может достигать 30 ДБ

Вывод: Должен использоваться адаптивный метод управления мощностью МС, способный отслеживать замирания сигнала МС.

 

С целью реализации изложенных требований управления мощностью в системах сотовой связи с расширенным спектром предусматривается три одновременно действующих механизмов регулировки мощности:

А) В прямом канал (БС-МС), по типу «разомкнутая петля»

Б) В прямом канале (БС-МС), по типу «замкнутая петля»

В) В обратном канале (МС-БС)

 

Рассмотрим механизм регулировки мощности передатчика как МС так и БС более подробно

 

А) Процессы регулировки мощности МС в прямом канале по типу «разомкнутая петля» (открытый цикл) осуществляется следующим образом:

МС после включения ищет пилот-сигнал БС, после синхронизации с БС мобильная станция получает от БС первоначальную служебную информацию о параметра сети, среди которой в том числе содержатся сведения об уровне мощности излучаемого БС «пилот-сигнала» Рбс.

В свою очередь МС при приеме пилот сигнала измеряет его уровень Рпр.мс. Далее МС производит вычисления для определения той мощности , которой МС необходимо излучить в сторону БС.

Принцип вычисления основан на следующем:

Рассмотрим обратный канал МС-БС. Минимально необходимый уровень сигнал/шум при приеме на БС сигнала от МС равен:

,ДБ  (1),где:

- в Дбм- мощность излучения МС

- мощность тепловых и интерференционных шумов в ДБ

L- потери на трассе между МС и БС

Из (1) имеем: , ДБм  (2)

 

Рассмотрим теперь прямой канал БС-МС.

Принимаемая мощность на МС очевидно можно определить как:

,ДБм  (3),  где:

- мощность излучения БС, ДБм

L- потери на трассе между БС и МС, ДБ

Из (3) имеем, что:

И подставляя эту формулу в (2)  окончательно получим:

, где:

 

 

- const, ДБ

 

Задавшись требуемой величиной   и эмпирически заданной величиной  можно определить требуемую величину излучения МС. На практике величина const определяется стандартом системы CDMA (например IS-95, const= -73 ДБ), а измерение  соответственно  регулировка   на основе выражения (4) по типу «разомкнутая петля» происходит с периодичностью менее 50 мс

Регулировка мощности по открытому циклу не может обеспечить достаточную  точность в отдельности от других методов регулировки мощности в следствии:

1)      Предполагается  , что потери  в прямом и обратном канале одинаковы но это справедливо лишь, если прямой и обратный канал работают без дуплексного частотного разноса

2)      Задается усредненная эмпирическая величина  тепловых и интерференционных шумов  при вычислении

 

Б) Процесс регулирования мощности МС в прямом канале по типу «замкнутая  петля» (замкнутый цикл) осуществляется следующим образом:

БС постоянно оценивает уровень принятого сигнала МС и сравнивает его с программно заданным уровнем. Если принятый уровень выше программно –заданного, то БС подает на МС команду снизить излучаемую мощность на шаг ΔРмс, если принятый уровень ниже программно-заданного, то наоборот (команда на увеличение мощности на шаг ΔРмс ) Значение шага ≤1 ДБ. Процессы регулировки мощности по замкнутому циклу происходит с периодичностью менее 2 мс. Динамический диапазон регулировки мощности до 85 Дб

Цель этого процесса -обеспечение излучения МС сигнала с минимальной мощностью , но достаточной для обеспечения приемлемого качества речи.

Помимо регулировки мощности на МС в системах совой связи с расширенным спектром  используется так же регулировка мощности на БС  с целью обеспечения минимальных интерференционных помех , как в секторе зоны обслуживания БС , так и минимального  влияния на работу соседних секторов других БС

 

В) Процесс регулирования мощности БС в обратном канале осуществляется следующим образом:

БС периодически уменьшает свою мощность излучения  в канале трафика передаваемого конкретной МС. Этот процесс уменьшения мощности продолжается до тех пор , пока МС не обнаружит увеличения коэффициента ошибок  кадра FER≥FERпрогр. выше порогового, тогда МС сообщает БС число ошибок в кадре (значение FER).

На основе этой информации МС, а так же информации о степени загрузки  сектора БС и уровня мощности предаваемой в др. каналах трафика других МС БС может принять решение либо увеличить мощность в канале трафика для конкретной МС на шаг ΔРбс (обычно 0.5 Дб), либо прекратить сеанс связи с данной МС. Регулировка мощности в обратном канале происходит с периодичностью менее 50 мс, динамический диапазон регулировки мощности  на БС как правило не превышает ±6 Дб от номинального значения. Типичное  распределение мощности по каналам БС схематично изображено на рисунке(для IS-95):