НОУ ИНТУИТ | Сотовые системы связи. Лекция 5: Мягкая передача вызова и управление мощностью в CDMA

Учитесь и получайте официальные документы БЕСПЛАТНО. Вы можете поддержать наш проект.

Регистрация Вход

Твой путь к знаниям!

Опубликован: 02.07.2009 | Доступ: свободный | Студентов: 4834 / 1276 | Оценка: 4.31 / 3.97 | Длительность: 18:18:00

ISBN: 978-5-9963-0104-1

Тема: Сетевые технологии

Специальности: Администратор коммуникационных систем, Архитектор программного обеспечения

|

Вам нравится? Нравится 50 студентам

| Поделиться |

Поддержать курс

| Скачать электронную книгу

4.2. Управление мощностью

CDMA — система, чувствительная к взаимным помехам, поскольку все мобильные станции передают на той же самой 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.

Во время движения мобильной станции внешняя радиосреда изменяется непрерывно из-за медленных замираний, затенений, внешних помех и других факторов. Цель управления мощностью — ограничить передаваемую мощность прямых и обратных радиоканалов, постоянно поддерживая их качество при всех условиях внешней среды.

В базовой станции интерференция (помехи) по обратной линии (от мобильной станции к базовой) связи более критична, чем по прямой линии. Это возникает из-за невозможности идеально точного выделения индивидуального канала мобильной станции из общего потока (некогерентности связи). Поэтому управление мощностью обратной линии связи существенно для системы CDMA и обязательно предписывается стандартом.

Управление мощностью также необходимо в системах CDMA для того, чтобы решить проблему "ближний-дальний". Решением этой проблемы в системе CDMA является гарантия, что все мобильные станции получают сигнал одной и той же мощности, которая выравнивается базовой станцией. Цель управления мощностью — определить минимально возможный уровень передачи, который позволяет линии связи выполнять определяемые пользователем характеристики:

коэффициент появления ошибок по битам (BER — Bit Error Ratio),
частота появления ошибок в кадре (FER — Frame Error Rate),
скорость, частота сброса вызова, зона покрытия.

Чтобы обеспечить определенные пользователем характеристики линии связи , мобильные станции, которые ближе к базовой станции, должны передавать меньшую мощность, чем те, которые находятся далеко от станции.

Качество речи связано с частотой появления ошибок в кадре (FER — Frame Error Rate) на прямой и обратной линиях связи. FER определяется как отношение количества кадров, принятых с ошибками, к общему числу переданных. FER в значительной степени задается отношением (Eb/N0)^{2 (energy-to-spectral ratio) — отношение — показатель помехоустойчивости канала связи, равный отношению энергии сигнала, приходящейся на один бит, — (Дж/бит), к спектральной плотности шума (Вт/Гц).}, а также зависит от скорости передвижения транспортного средства, местных условий распространения радиосигналов и распределения каналов между работающими мобильными станциями. Этот параметр прямо характеризует качество речи в системе CDMA.

Рекомендованный диапазон характеристик:

для FER — 0,2–3 % (оптимальный уровень мощности достигается, когда FER — 1 %);
максимальная длина пакета ошибок 3–4 кадра (оптимальное значение пакета ошибок — 2).

4.2.1. Управление мощностью обратной линии связи

Управление мощностью обратной линии связи (от мобильной станции к базовой) касается каналов доступа и обратных каналов трафика. Оно используется для предоставления линии связи при исходящем вызове и реакции на большие колебания пути распространения. Управление мощностью обратного канала связи включает управление мощностью по открытому циклу (также известное как автономное регулирование мощности) и управление мощностью по замкнутому циклу.

При управлении мощностью по открытому циклу мобильная станция сама определяет уровень мощности передачи, измеряя уровень мощности сигналов, поступающих по прямой линии. При этом предполагается, что потери на передачу в обоих направлениях равны.

Управление мощностью по замкнутому циклу предполагает измерение базовой станцией уровня мощности, принятой базовой станцией от мобильной станции, и выравнивание этого уровня по управляющему каналу.

Оно включает управление мощностью по внутреннему циклу и управление мощностью по внешнему циклу.

Управление мощностью обратной линии связи по открытому циклу

Управление мощностью по открытому циклу базируется на принципе, что чем ближе мобильная станция к базовой станции, тем меньше надо передавать мощности по сравнению с мобильной станцией, которая находится дальше от базовой станции или в зоне замирания.

Мобильная станция корректирует передачу мощности, базируясь на полной мощности (то есть энергии пилот-сигналов, сигналов оповещения, синхронизации и каналов трафика), полученной в полосе 1,23 МГц. Оценка мощности включает мощность, полученную от всех базовых станций на прямых каналах линии связи. Если полученная мощность высока, мобильная станция уменьшает передачу мощности; если полученная мощность низка, мобильная станция увеличивает передачу мощности.

При управлении мощностью по открытому циклу базовая станция не включается в цикл управления. Мобильная станция сама определяет начальную мощность, переданную по каналам доступа и трафика, используя управление мощностью по открытому циклу.

Большой динамический диапазон регулирования — 80 децибел — позволяет обеспечить защиту против замираний.

Главная цель управления мощностью в системах CDMA состоит в том, чтобы передавать только мощность, достаточную для требуемого вида работы. Если передаются сигналы мощности большей, чем необходимая, мобильная станция становится глушителем других мобильных станций. Поэтому мобильная станция пытается связаться с базовой станцией, передавая сначала сигналы очень малой мощности. При этом ключевое правило, что мобильная станция передает сигналы мощности, обратно пропорциональные тем, которые получает.

При получении сильного пилот-сигнала от базовой станции мобильная станция передает обратно слабый сигнал к базовой станции. Сильный сигнал, полученный мобильной станцией, указывает на малые потери распространения по прямой линии связи. Предполагается, что те же самые потери будут на пути по обратной линии связи. Поэтому от мобильной станции можно передавать сигнал низкой мощности, который требуется для компенсации таких потерь.

При получении слабого пилот-сигнала от базовой станции мобильная станция передает обратно сильный сигнал. Слабый сигнал, полученный мобильной станцией, указывает на высокие потери распространения по прямой линии связи. От мобильной станции в этом случае требуется высокий уровень мощности.

Процесс управления мощностью заключается в посылке от мобильной станции сигнала на изменение мощности. Подтверждением получения этого сигнала являются результаты измерений мощности прямых каналов.

В целом процесс передачи одного сообщения и получение реакции в виде изменения мощности называется попыткой доступа (access attempt). Каждая передача в попытке доступа названа пробой доступа (access probe). Мобильная станция передает то же самое сообщение в каждой пробе доступа в попытке доступа. Проба доступа считается успешной, если в течение определенного временного интервала от сети поступит сигнал подтверждения (разрешение доступа по сети). Каждая попытка доступа состоит из проб доступа, которые передаются по тому же самому каналу доступа.

Каждая проба доступа содержит преамбулу канала доступа и капсулу (message capsule) канала доступа длиной от 3 до 16 кадров — это сообщение фиксированного формата, которое состоит из информационной последовательности и битов заполнения, заполняющих сообщение (если это необходимо). В пределах попытки доступа пробы доступа сгруппированы в последовательности. Каждая последовательность проб доступа состоит из свыше 15 проб, которые передаются по тому же самому каналу доступа.

Есть две причины, которые могут помешать мобильной станции получить подтверждение после передачи пробы.

Переданный уровень мощности может быть недостаточным. В этом случае помогает решить проблему стратегия увеличения шага наращивания мощности.
Конфликт может быть из-за случайного занятия канала доступа несколькими мобильными станциями. В этом случае случайное время ожидания минимизирует вероятность будущего конфликта.

В качестве подтверждения мобильная станция получает от базовой станции по каналу вызова PCH параметры доступа, которые позволяют ей осуществлять алгоритм управления мощностью.

Рис. 4.5. Проба доступа, последовательность проб доступа при управлении мощностью по открытому циклу

Параметры доступа:

номер канала доступа;
начальное смещение мощности ( );
размер шага наращивания мощности ( $\bigtriangleup P$ );
число проб доступа в одной последовательности проб доступа;
окно времени между пробами доступа;
случайное время между пробами доступа ( — Random Time);
случайный интервал между попытками доступа ( — Random Sequence);
время ожидания ответа на пробу доступа ( — Time Access).

Алгоритм управления мощностью состоит в том, что в каждой последующей пробе доступа уровень мощности дискретно увеличивается на величину $\bigtriangleup P$ (размер шага наращивания мощности).

Текущее значение мощности определяется соотношением:

$P = P_0 + \bigtriangleup P(r – 1),$

где P_0 — начальное смещение (исходное значение); — номер пробы в одной попытке доступа.

Пробы доступа передаются до тех пор, пока не будет получен ответ на запрос или не закончится контрольное время, отведенное для доступа.

Текущее значение определяется формулой:

$P_x=\bigtriangleup R_x+\left(P_{ном}-\sum\limits_{i=0}^{15}\bigtriangleup_i P\right)+P_0,$

где:

$\bigtriangleup R_x$ — разность между уровнем мощности на приеме и текущим измерением;
$\bigtriangleup P_{ном}$ — номинальная мощность для проведения коррекции;
$\bigtriangleup_i P$ — шаг коррекции;
— исходная величина уровня передачи.

$P_{ном}$ , $\bigtriangleup_iP$ , P_0 – это системные параметры, указанные в сообщении параметров доступа. Они должны быть получены мобильной станцией до начала передачи. Эти параметры имеют следующие взаимно ограничивающие диапазоны:

$P_{ном}$ — от –8 до 7 дБ;
$\left(P_{ном}-\sum\limits_{i=0}^{15}\bigtriangleup_i P\right)$ — от –24 до 7 дБ;
$\bigtriangleup_iP$ – от 0 до 7 при номинальном значении 1 дБ;
– от –16 до 15 дБ при номинальном значении равном 0.

$P_{ном}-\sum\limits_{i=0}^{15}\bigtriangleup_i P$ - значение, учитывающее предыдущие коррекции для получения мощности передачи P_x на основании полученной мощности $\bigtriangleup P_x$ .

P_0 обычно устанавливается на 0, но эта величина может быть использована для коррекции величины уровня средней мощности в конкретных условиях.

При установлении соединения, базируясь на информации, полученной из каналов пилот-сигнала, синхронизации и каналах вызова, мобильная станция делает попытки обращения к системе через один из нескольких каналов доступа. В состоянии поиска доступа мобильная станция не назначает прямой канал трафика (который содержит биты регулирования мощности), а инициирует свою настройку мощности, необходимую для работы.

Если в результате обработки этих данных вырабатывается сообщение о начале и завершении хэндовера, то значения $\left(P_{ном}-\sum\limits_{i=0}^{15}\bigtriangleup_i P\right)$ изменяются, и мобильная станция использует значения, содержащиеся в этих сообщениях.

Для каждой последовательности проб доступа генерируемое время ожидания ответа на запрос — псевдослучайное. Интервал между пробами доступа последовательности пробы доступа также генерируется псевдослучайно.

После передачи каждой пробы доступа мобильная станция ждет TA. Если подтверждение получено, попытка доступа закончена. Если подтверждение не получено, следующая проба доступа передается через дополнительное случайное время (см. рис. 4.5) ожидания ответа на запрос (back-off delay).

Если мобильная станция не получает подтверждение в течение попытки доступа, то это рассматривается как отказ, и мобильная станция делает попытку доступа в другое время.

Если мобильная станция получает подтверждение от базовой станции, она продолжает процедуры регистрации и назначения канала трафика.

Главный недостаток этого метода заключается в том, что статистика распространения по обратной линии оценивается по статистике распространения по прямой линии связи. Но, так как две линии связи не всегда являются коррелированными, при использовании этой процедуры могут возникать существенные ошибки. Однако эти ошибки будут скорректированы, когда мобильная станция занимает прямой канал трафика и механизм управления мощностью по замкнутому циклу становится активным.

Основные недостатки при управлении мощностью прямого канала по открытому циклу:

предположение о близких характеристиках прямых и обратных линий связи;
использование общей получаемой мощности, которая включает мощность от других базовых станций;
медленное время ответа (~ 30 мс) для того, чтобы противостоять быстрым замираниям из-за многолучевости.

Дальше >>

Авторизоваться

Сотовые системы связи

Мягкая передача вызова и управление мощностью в CDMA

4.2. Управление мощностью

4.2.1. Управление мощностью обратной линии связи

Управление мощностью обратной линии связи по открытому циклу

Вопросы и ответы