Мягкая передача вызова и управление мощностью в CDMA

4.2.2. Управление мощностью прямой линии связи

Основная цель управления мощностью прямой линии связи (FLPC — Forward Link Power Control) — сокращение интерференции на прямой линии связи.

FLPC не только ограничивает интерференцию в пределах соты, но и особенно эффективно сокращает влияние на другую соту или сектор.

Соотношения между и соответствующим FER нелинейны и изменяются при изменении скорости мобильного средства и среды радиораспространения. Рабочие характеристики с увеличением скорости мобильного средства ухудшаются. Лучшие рабочие характеристики соответствуют стационарному транспортному средству, где доминирует белый гауссов шум.

Обратим внимание на то, что значение уровня шума изменяется. Поэтому может потребоваться частая корректировка, чтобы добиться желаемого отношения . Базовая станция с помощью мобильной станции может изменить только и отношение . Алгоритм процесса управления мощностью прямых линий показан на рис. 4.10.

Сохранение постоянного значения для всех состояний мобильной станции — неэффективный метод. Использование единственного фиксированного значения для загружает пропускную способность каналов на 30 % или больше, передавая чрезмерную и ненужную мощность. Поэтому на базовой станции для управления мощностью вместо измерения применяется измерение частоты появления ошибок в кадре (FER). Частота появления ошибок в кадре — одна из наиболее важных характеристик линии связи. Напомним, что она определяется отношением числа неправильно принятых кадров к общему числу переданных.

Так как FER — прямая характеристика качества линии связи, система управляется, используя измерения FER, а не . FER — ключевой параметр в управлении и обеспечении удовлетворительного качества речи. Недостаточно поддерживать расчетное значение , но необходимо управлять FER по мере возникновения ошибок.

Процесс управления мощностью прямых линий связи (см. рис. 4.10) делает попытки установить минимальную мощность для каждого канала трафика, который мог бы поддерживать минимальный FER на мобильной станции. Мобильная станция непрерывно измеряет FER в прямом канале трафика и периодически извещает об этом измерении базовую станцию. После получения отчета об измерении базовая станция предпринимает соответствующие действия для увеличения или уменьшения мощности канала.

Алгоритм работы процесса управления мощностью прямых линий показан на рис. 4.10.

Рис. 4.10. Алгоритм работы процесса управления мощностью прямых линий

1. На базовой станции устанавливается порог , выше которого не может расти значение частоты появления ошибок.
2. После получения результатов измерения на базовой станции сравнивается полученное значение с пороговым .
3. Если , то выполняется п. 4. В противном случае — п. 5.
4. Мобильной станции передается команда "уменьшить мощность сигнала на 1 дБ", после чего процесс переходит к п. 2.
5. Включается таймер.
6. Если время не истекло, то процесс переходит к выполнению п. 2. Если время истекло, то выполняется п. 7.
7. Передается команда к мобильной станции "увеличить мощность сигнала на 1 дБ", процесс переходит к выполнению п. 2.

Базовая станция также ограничивает динамический диапазон мощности так, чтобы передаваемая мощность никогда не превысила максимальное значение, что могло бы вызвать чрезмерную интерференцию, или не снижалась ниже минимального значения, требуемого для адекватного качества речи.

4.3. Борьба с многолучевостью

При многостанционном доступе с кодовым разделением используется раздельная обработка отраженных сигналов, приходящих с разными задержками, и последующее их весовое сложение, что значительно снижает отрицательное влияние эффекта многолучевости. При раздельной обработке лучей в каждом канале приема на базовой станции применяется 4 параллельно и независимо работающих коррелятора, а на подвижной станции — 3 коррелятора. Приемник с несколькими каналами приема и обработки сигнала получил название RAKE-приемника. Он имеет 4 канала приема, в трех из них одновременно обрабатываются три наиболее сильных сигнала (в четвертом канале постоянно осуществляется поиск сигнала с более высоким уровнем). При этом опорный сигнал на разные корреляторы подается с небольшим сдвигом во времени, соизмеримым с разницей по времени при прохождении радиоволн по различным траекториям. Выходные сигналы корреляторов суммируются. Таким образом, если уровень сигнала свертки от одного из многолучевых сигналов в текущий момент оказывается равным нулю (в результате интерференционной картины распределения поля), то свертка от задержанного сигнала будет отличной от нуля. Следовательно, в системе с кодовым разделением каналов реализуется метод временного разнесения приема. Многолучевое распространение радиосигналов, с которым приходится бороться всем стандартам сотовой связи, в данном случае становится помощником. В случае построения фиксированных сетей многолучевые отражения позволяют снизить требования к уровню сигнала, приходящего к абонентской станции.

4.4. Краткие итоги лекции 4

• При жесткой передаче соединения (hard handover) процесс переключения проводится без разрыва связи, но сопровождается ухудшением связи в момент переключения частот. Чаще всего прерывание и восстановление связи воспринимается абонентом как "щелчок" в трубке.
• При мягкой передаче соединения (soft handover) предусматривается одновременная работа мобильной станции (MS) более чем с одной базовой станцией (BSC).Во время процесса хэндовера мобильная станция передает одну и ту же информацию обеим базовым станциям.
• При более мягкой передаче (softer handover) во время хэндовера между секторами одной соты мобильная станция передает одну и ту же информацию обоим секторам одной соты. Канальный комплект соты получает сигналы от обоих секторов, объединяет оба входящих сигнала и передает устройству оценки качества и выбора кадров (SU) только один кадр.
• Термин "пилот-сигнал" в системе CDMA означает кодовую последовательность, передаваемую вместе с другими сигналами в общей полосе частот. Все пилот-сигналы передаются с помощью пилотного канала (PICH), направленного от базовой станции к мобильной станции.
• Группа активных сигналов содержит пилот-сигналы, связанные с каналами трафика, которые идут от базовой станции (разделенные с помощью функций Уолша) и назначены мобильной станции.
• Группа кандидатов на пилот-сигнал содержит пилот-сигналы, которые в настоящее время не входят в активную группу. Связанные с этой группой прямые каналы трафика могут быть успешно приняты.
• Группа соседних пилот-сигналов содержит сигналы, которые в данное время не входят ни в активную группу, ни в группу кандидатов на пилот-сигнал, но их использование вероятно при хэндовере.
• Мобильные станции используют следующие три окна поиска, чтобы проследить за получаемыми пилот-сигналами: для активных наборов и наборов кандидата; набора соседних пилот-сигналов; набора остальных сигналов.
• Существует четыре параметра управления хэндовером: порог обнаружения пилот-сигнала, порог сравнения, порог снижения пилот-сигнала, значение времени таймера снижения.
• Сообщения хэндовера в IS-95: сообщение измерения напряженности пилот-сигнала (PSMM — Pilot Strength Measurement message), сообщение запроса хэндовера (HDM —Handover Direction Message), сообщение о завершении (HCM — Handover Completion message) и сообщение модернизации списка соседних пилот-сигналов(NLUM — Neighbor List Update message).
• Различают два типа хэндовера: управляемый базовой станцией (MAHO —Mobile Assisted Handover) и управляемый мобильной станцией (MCHO — Mobile Controlled Handover).
• Оценка пилот-канала идет по суммарному значению объединенного потока от данной станции. Информация, поступающая от множества базовых станций и различных секторов антенны, или сигналы, проходящие по множеству путей, объединяются в один сигнал с помощью RAKE-приемников (суммирующих приемников).
• CDMA — система, чувствительная к взаимным помехам. Так как все мобильные станции передают в одной и той же частоте, внутренняя интерференция, возникающая в пределах системы, играет критическую роль при определении пропускной способности и качества речи в этой системе. Мощность, излучаемая каждой мобильной станцией, должна управляться, чтобы ограничить взаимные помехи. Однако уровень мощности должен удовлетворять показателям качества речи.
• Управление мощностью обратного канала связи включает управление мощностью по открытому циклу (также известное как автономное регулирование мощности) и управление мощностью по замкнутому циклу.
• Управление мощностью по открытому циклу: мобильная станция сама определяет уровень мощности передачи, измеряя уровень мощности сигналов, поступающих по прямой линии.
• Управление мощностью по замкнутому циклу предполагает измерение базовой станцией уровня мощности, принятой базовой станцией от мобильной станции, и выравнивание этого уровня по управляющему каналу. Подтверждением получения этого сигнала являются результаты измерений мощности прямых каналов.
• В целом процесс управления мощностью по открытому циклу передачи одного сообщения и получения подтверждения сообщения называется попыткой доступа (access attempt). Каждая передача в попытке доступа названа пробой доступа (access probe).
• Механизм управления мощностью по замкнутому циклу обратной линии связи состоит из двух внутренних циклов: внутреннее регулирование мощности и управление мощностью по внешнему циклу. Управление мощностью по внутреннему циклу сохраняет у мобильной станции уровень мощности как можно ближе к установленному отношению ( ), затем управление мощностью по внешнему циклу корректирует мощность передачи базовой станции к отношению ( ) для данной мобильной станции.
• Процесс управления мощностью прямых линий связи делает попытки установить минимальную мощность для каждого канала трафика, который мог бы поддерживать минимальный FER на мобильной станции. Мобильная станция непрерывно измеряет FER прямого канала трафика и периодически извещает об этом измерении базовую станцию. После получения отчета об измерении базовая станция предпринимает соответствующие действия для увеличения или уменьшения мощности канала.
• В станциях стандарта CDMA используется раздельная обработка отраженных сигналов, приходящих с разными задержками, и последующее их сложение, что значительно снижает отрицательное влияние эффекта многолучевости.

Задачи и упражнения к части 2

1. Используя табл. 3.2, показать взаимную ортогональность приведенных в ней функций Уолша. (Использовать попарные сочетания.)
2. Используя матрицу Адамара, получить функции Уолша .

   На основании полинома

   
   нарисовать схему генератора последовательности максимальной длины.
3. Выполнить ортогональное кодирование трех каналов с исходной информацией:
   • Канал 1: 0011;
   • Канал 2: 1011;
   • Канал 3: 1001.
   Для кодирования выбрать код Уолша из табл. 3.3.
   1. Представить диаграммы информации для каждого кодированного канала и суммарную диаграмму в канале.
   2. Представить таблицу ортогонального кодирования.
4. По результатам диаграммы упражнения 4 показать диаграмму восстановления для каждого канала.
5. Показать невозможность восстановления функции с помощью последовательности, не входящей в объединенный сигнал.
6. Определить размер окна мобильной станции, если сигнал распространяется в среде, которая имеет следующие параметры:
   • сигнал распространяется по прямому пути длиной 1,8 км;
   • при многолучевом распространении сигнал проходит до мобильной станции 4,5 км;
   • чиповая скорость, определяемая в стандарте I-95, 1,2288 Мчип/с;
   • скорость распространения сигнала м/c.
7. Пусть соты A и B расположены так, как это показано на рис. 4.1, но находятся на расстоянии 12 км (см. рис. 4.1). Мобильная станция перемещается от соты A к соте B. Решено сделать область мягкого хэндовера между точками X и Y, которые расположены на расстоянии 4 и 8 км от соты A. Какой размер должен быть у окна поиска?
8. На основании рис. 4.2 нарисовать алгоритм изменения состояния пилот-сигнала при пересечении пороговых значений. Использовать операторы приема результатов измерений, включения таймеров и состояния нахождения в различных группах.
9. На основании рис. 4.2 нарисовать диаграмму обмена сигналами при мягком хэндовере.