Управління потужністю

Ємність мобільної системи зв’язку і якість зв’язку, що забезпечуються системою CDMA, залежить переважно від рівня інтермодуляційних завад від базових станцій, розміщених в інших кластерах осередках. Абонентські системи CDMA IS-95 оптимізуються регулюванням потужності сигналу, що випромінюється кожним абонентським терміналом, до необхідного рівня для отримання прийнятної ймовірності помилки.

Управління потужності у стандарті IS-95 має такі особливості:

– у мобільних станціях MS використовується тільки мінімальний рівень потужності, необхідний для забезпечення надійного зв’язку з BTS;

– у IS-95 встановлено 8 класів BTS і 5 класів MS за рівнем потужності передавачів (табл. 5.2)

Таблиця 5.2 – Рівні потужності ВТS і MS різних класів

Потужність передавача BTS регулюється дискретно з кроком, рівним 2дБ. Потужність передавача BTS може бути зменшена до мінімального значення, що дорівнює -13дБм (20мВт). Діапазон вихідної потужності MS має 15 рівнів з кроком 2дБ (тобто від 2 до 30дБ). Будь-яка зміна на один крок в 2дБ виконується за час, що дорівнює одному слоту (577мкс).

Динамічний діапазон сигналу, що приймається BTS, сягає 116дБ.

У системі передбачено три механізми регулювання потужності:

– у зворотному каналі;

– у прямому каналі – розімкнута петля (відкритий цикл) – повільне управління потужністю;

– у прямому каналі – замкнута петля (замкнутий цикл) швидке управління потужністю.

Команди повільного управління передаються кожні 20 мс.

Повільне управління потужністю забезпечує еквівалентне вирівнювання відстаней від мобільних терміналів до базової станції.

Команди швидкого управління посилають зі швидкістю 800 біт/с (кожні 1,25 мс). Без швидкого управління потужністю завмирання сигналу призвели б до значного погіршення характеристик системи.

Процес регулювання потужності у зворотному каналі відбувається в такий спосіб.

Кожна мобільна станція безупинно передає інформацію про рівень помилок у прийнятому сигналі. На підставі цієї інформації базова станція розподіляє випромінювану потужність між абонентами так, щоб у кожному випадку забезпечити прийнятну якість мови. Абоненти, на шляху до яких радіосигнал витримує більше згасання, отримують можливість випромінювати сигнал більшої потужності. Основна мета регулювання потужності у зворотному каналі – оптимізація площі комірки. Регулювання потужності як у прямому, так і у зворотному каналі впливає і на термін служби акумуляторів мобільних станцій.

У системі передбачене повільне управління потужністю і швидке.

Процес регулювання потужності в прямому каналі відбувається дещо інакше.

У ньому, як було вказано раніше, можливі два варіанти регулювання:

– за відкритим циклом (розімкнута петля);

– за замкнутим циклом (замкнута петля).

Розглянемо відкритий цикл регулювання потужності (з повільним управлінням, менш точний) у прямому каналі.

Мобільна станція після увімкнення відшуковує сигнал базової станції. Після синхронізації на мобільній станції вимірюється потужність прийнятого сигналу та обчислюється потужність переданого сигналу, необхідних для забезпечення з'єднання з базовою станцією. Обчислення ґрунтуються на тому, що сума рівнів передбачуваної потужності випромінюваного сигналу і потужності прийнятого сигналу має бути постійна і дорівнювати – 73 дБ. Якщо рівень прийнятого сигналу, наприклад, дорівнює -85 дБ, то рівень випромінюваної потужності необхідно змінити на +12 дБ. Цей процес повторюється кожні 20 мс, проте він не забезпечує бажаної точності регулювання потужності, оскільки прямий і зворотний канали працюють у різних частотних діапазонах (рознесення частот 45 МГц) і, отже, мають різні рівні згасання при поширенні і по-різному піддаються впливу завад.

Розглянемо процес регулювання потужності при замкнутому циклі (зі швидким управлінням). Механізм регулювання потужності при цьому дозволяє більш точно регулювати потужність сигналу, що передається.

Базова станція постійно оцінює ймовірність помилки в кожному прийнятому сигналі. Якщо вона перевищує програмно заданий поріг, то базова станція дає команду відповідній мобільній станції збільшити потужність випромінювання. Регулювання здійснюється з кроком 1 дБ. Цей процес виконується з частотою 800кГц (повторюється кожні 1,25 мс). Мета такого процесу регулювання полягає в тому, щоб кожна мобільна станція випромінювала сигнал мінімальної потужності, достатньої для забезпечення сприйняття якості мови.

За рахунок того, що всі мобільні станції випромінюють сигнали необхідної для нормальної роботи потужності, і не більше, їхній взаємний вплив мінімізується, і абонентська ємність системи зростає. Мобільні станції мають забезпечувати регулювання вихідної потужності в широкому динамічному діапазоні – до 85 дБ.Такі фактори, як кількість користувачів і відстань до них від базової станції впливають на значення максимальної випромінюваної потужності. Беручи це до уваги, можна сказати, що вимоги до лінійності передатної функції підсилювача потужності, що працює при зміні рівня вхідного сигналу і межах 20 дБ, надзвичайно високі. Лінійність передатної функції підсилювача – фактор, критичний при забезпеченні бажаних характеристик системи. Необхідну лінійність забезпечують складні і дорогі методи лінеаризації.

Високі вимоги до регулювання рівня потужності сигналу мобільної станції можна віднести до недоліку системи IS-95. Іншим недоліком системи IS-95 є необхідність використання однакових за розміром комірок на всій мережі, у протилежному випадку виникають взаємні завади від сигналів мобільних станцій, які знаходять у сусідніх комірках різного розміру. У цьому випадку також виникає проблема "естафетної передачі", сутність якої описана раніше.

У системі IS-95 застосовуються квадратурна фазова маніпуляція (QPSK) на базових та зміщена фазова маніпуляція (DQPSK) на мобільних станціях. При цьому інформація вилучається шляхом аналізу зміни фази сигналу, тому фазова стабільність системи – критичний фактор при забезпеченні мінімальної ймовірності появи помилки в повідомленнях. Застосування DQPSK дозволяє знизити вимоги до лінійності підсилювача потужності мобільної станції, оскільки амплітуда вихідного сигналу при цьому виді модуляції змінюється значно менше. До того, як інтерференційні завади мають бути приглушені методами цифрової обробки сигналів, вони повинні пройти через високочастотний тракт приймача і не викликати насичення малошумового широкосмугового підсилювача (МШП) і змішувача. Це змушує розробників системи шукати баланс між динамічними і шумовими характеристиками приймача.