Регулирование мощности при RRM

В сотовых системах CDMA регулирование мощности занимает очень важное место. Эти системы не могут работать без точного механизма регулирова­ния мощности. В последующих разделах мы сначала опишем причины, по которым регулировка мощности так важна в этих системах сотовой связи, и представим основные аргументы, подтверждающие этот факт. Затем мы опишем типы механизмов управления, используемые в радиодоступе WCDMA с частотным разделением направлений — WCDMA-FDD.

Основные причины использования механизма регулирования мощности заключаются в проблеме ближнего конца (см. предыдущий раздел), зависи­мости емкости системы WCDMA от помех и ограниченной мощности источ­ников UE. В отличие от систем многостанционного доступа с частотным и временным разделением каналов (МДЧР и МДВР соответственно), которые ограничены по частоте, система WCDMA ограничена величиной помех. В МДЧР и МДВР регулирование мощности используется для снижения по­мех между сотами, которые возрастают при повторном использовании частот, а в системе WCDMA регулирование мощности главным образом нацеле­но на снижение помех внутри соты. Решение этих задач требует оптимиза­ции передаваемой мощности, т. е. мощность каждого передатчика настраивается на уровень требуемых показателей качества QoS. Определение нужной величины уровня мощности передачи — непростая задача при непредсказуе­мых изменениях условий распространения в радиоканалах.

Какими бы ни были условия радиотракта, уровень принимаемой мощно­сти должен быть приемлемой величиной, например, на БС должен поддерживаться такой уровень в восходящей линии, который обеспечивал бы тре­буемые показатели качества QoS. Задача управления мощностью заключается в подстройке мощности на нужном уровне, но без какого-либо излишнего превышения мощности, излучаемой аппаратом UE. Это гарантирует, что с учетом существующих в системе помех передаваемая мощность находится на требуемом уровне — ни больше ни меньше.

Параметры многолучевого распространения и технические характеристи­ки системы WCDMA (например, совместно используемая полоса и эффект влияния на ближний конец) оказывают существенное влияние на систему управления мощностью WCDMA, направленную на преодоление препятст­вий, обусловленных условиями распространения и свойствами радиоволн. Без регулирования мощности такие явления, как замирания и радиопомехи снижают стабильность системы и в конечном счете чрезвычайно снижают характеристики системы.

Доведение емкости системы до максимально возможных значений — это бесценное свойство как для производителей оборудования, так и для опера­торов сотовых сетей. Пропускная способность максимальна в случае, когда передаваемая мощность каждого абонентского аппарата регулируется таким образом, что их сигналы приходят на БС с минимальным требуемым значением защищенности (отношением сигнала к помехам — SIR). Если сигнал от абонента поступает на БС с меньшей величиной мощности, то требуемые качественные показатели QoS радиосоединения могут не соответствовать нормам. Если же мощность принимаемого сигнала завышена, то хотя пара­метры передачи данного абонента в порядке, но помехи, создаваемые им всем остальным абонентам, работающим в том же канале, возрастают и мо­гут привести к неприемлемым показателям качества связи для этих абонен­тов, если только их число не будет уменьшено.

В силу того что общая полоса частот системы WCDMA используется одно­временно, абоненты могут испытывать воздействие шумоподобной помехи от других пользователей. Если механизм управления мощностью отсутствует или плохо работает, то совместно используемая полоса частот создает ряд проблем, называемых влиянием «близкий—далекий». В этой ситуации сигнал мобильного телефона, находящегося вблизи от обслуживающей базовой стан­ции БС, может превышать сигналы удаленных терминалов, поступающие на эту же БС. Рисунок 5.22 иллюстрирует ситуацию, при которой может возникнуть эффект «близкий—далекий». Основные факторы, создающие проблему «близкий—далекий» — это изменения затухания в трактах одновременно рабо­тающих пользователей, которые находятся на разных расстояниях от БС, дис­персия замираний и другие отклонения мощности сигналов абонентов, вы­званные свойствами распространения радиоволн (описанных в главе 3).

Влияние разности расстояний (проблема «близкий—далекий» в системе WCDMA). D1, D2 - расстояние между UE и БС

В системе WCDMA эффект «близкий—далекий» может быть смягчен бла­годаря регулированию передаваемой мощности, методам разнесения, мягким режимам передачи обслуживания, многопользовательским приемникам и, в более общем случае, приемникам, стойким к влиянию эффекта «близкий— далекий». Так как эффект «близкий—далекий» представляет главный недо­статок с точки зрения влияния на характеристики системы WCDMA, то смягчение его действия составляет основную задачу механизма управления мощностью. Этот механизм оказывает существенное влияние на пропускную способность системы.

 

5.3.1.2.1. Принципиальные подходы, используемые в управлении мощностью

По уже приведенным соображениям относительно просто определить, что с точки зрения приемника базовой станции БС оптимальная ситуация в восходящей линии состоит в том, что мощность сигнала оборудования UE од­ного абонента всегда должна быть равна мощности сигнала UE другого або­нента, независимо от их расстояния до БС. В этом случае защищенность SIR будет оптимальной и приемник БС способен установить максимальное чис­ло каналов. Однако в действительности радиоканал чрезвычайно нестабилен, и требуемые радиоуслуги могут отличаться для различных пользователей или даже для того же пользователя в течение одного сеанса радиосвязи. Поэтому мощность, передаваемая абонентским оборудованием UE, должна регулиро­ваться очень точно и с использованием эффективных методов.

Для достижения этого регулирование мощности было хорошо изучено, и как результат еще до внедрения системы CDMA было разработано множест­во алгоритмов регулирования. Среди них распределенные, централизован­ные, синхронные, асинхронные, итеративные и неитерационные алгоритмы. Большинство современных алгоритмов в качестве опорной величины для принятия решения в системе регулирования передаваемой мощности ис­пользуют отношение сигнал-помеха SIR или уровень мощности.

Основной принцип систем централизованного управления мощностью CPC состоит в том, что они поддерживают централизованный механизм управления всей мощностью по всей сети доступа. Для этого требуется центральное управляющее устройство — контроллер, который должен знать все соединения в сети радиодоступа RAN.

В противоположность централизованному методу CPC методы распреде­ленного регулирования мощности не используют центральный контроллер. Вместо этого они распределяют механизм регулирования в сети радиодоступа RAN по направлению к ее границам. Это их свойство определяет особый интерес к таким методам. Централизованный подход CPC привносит дополнительные осложнения, задержки и уязвимость сети. Основное преимущест­во алгоритма распределенной системы регулирования заключается в том, что он может адаптивно реагировать на изменения показателей качества QoS, что чрезвычайно важно в системах сотовой связи с пакетными режимами пе­редачи, таких как WCDMA.

 

5.3.1.2.2 Механизм управления мощностью в UTRAN (WCDMA с частотным разделением направлений (дуплексом) ? WCDMA-FDD)

В системе WCDMA управление мощностью используется, в обоих направле­ниях — восходящем и нисходящем. Регулирование мощности в нисходящем направлении в основном ориентировано на минимизацию помех с соседни­ми сотами и их компенсацию, а также на достижение приемлемых значений защищенности SIR. Однако регулирование мощности в нисходящем направ­лении не так важно, как регулирование в восходящем направлении. Для нисходящих каналов регулирование мощности применяется еще и потому, что это улучшает характеристики системы благодаря регулированию помех от со­седних ячеек.

Основная задача регулирования мощности восходящих каналов заключается в смягчении проблемы «близкий—далекий» с помощью создания таких уровней передаваемой мощности всех аппаратов соты, чтобы принимаемые уровни были, насколько это возможно, ближе друг к другу для равных пока­зателей качества QoS. Поэтому в восходящих каналах для смягчения помех внутри соты и эффекта «близкий—далекий» используется тонкое регулирова­ние мощности передачи аппаратов. Заметьте, что механизм регулирования мощности, принятый в WCDMA, в принципе основан на распределенном регулировании.

Принцип управления мощностью, используемый в GSM, совершенно не обеспечивает требования системы WCDMA, и поэтому в WCDMA использу­ется другой подход к данной проблеме. В GSM регулирование мощности в соединении выполняется один или два раза в секунду, а система WCDMA, которая по своей природе критична к уровню мощности, подстраивает мощ­ность в соединении 1500 раз в секунду, т.е. цикл регулировки уровня мощ­ности повторяется в каждом радиокадре выделенного канала DCH. Очевид­но, что такой шаг регулирования значительно быстрее, чем в GSM.

Основные принципы регулирования мощности, используемые в WCDMAВ системе WCDMA для управления регулированием мощности использу­ется два разных механизма, показанных на рис. 5.23. Это следующие два ме­ханизма;

•    разомкнутая цепь регулирования мощности OLPC (Open Loop Power Control);

•    замкнутая цепь регулирования мощности CLPC (Closed Loop Power Control), которая состоит из внутренней и внешней цепей регулирования мощности.

 При совместном использовании всех этих различных методов регулирования мощности, сеть UTRAN извлекает пользу из преимуществ СРС, а так­же из механизмов внутреннего и внешнего регулирования, с тем, чтобы поддерживать значение защищенности SIR на нужном уровне.

 

5.3.1.2.3 Разомкнутая цепь регулирования мощности — OLPC

Разомкнутая цепь регулирования мощности OLPC в основном используется для подстройки мощности в восходящей линии. Абонентский аппарат UE подстраивает свою мощность передачи, основываясь на оценке уровня сигнала в контрольном канале CPICH, принимаемого от базовой станции БС в свободные периоды времени до начала передачи по физическому каналу со случайным доступом PRACH. Дополнительно абонентский терминал UE в свободные периоды получает информацию о допустимых параметрах мощ­ности по логическому каналу управления ВССН соты. Терминал UE опреде­ляет потери в тракте и по ним с учетом данных, полученных по каналу ВССН, способен оценить приемлемый уровень мощности для использования в соединении.

Разомкнутая цепь регулирования мощности в восходящей линии

Рисунок 5.24 иллюстрирует принцип регулирования мощности с разомк­нутой цепью OLPC применительно к случаю восходящей линии. При этом UE оценивает напряженность сигнала, измеряя уровень принятой мощности контрольного сигнала БС (нисходящая линия) и подстраивает уровень соб­ственной передачи  обратно пропорционально уровню принимаемого конт­рольного сигнала. Чем сильнее принимаемый сигнал, тем ниже уровень мощности сигнала, передаваемого абонентским оборудованием UE.

В случае WCDMA с разделением дуплексных направлений по частоте од­ного метода OLPC недостаточно для подстройки передаваемой мощности терминала UE, так как параметры замираний в радиоканале изменяются бы­стро и не зависимо от направления канала. Поэтому для компенсации этих быстрых изменений напряженности сигнала необходим также механизм CLPC. Тем не менее, регулирование с разомкнутой цепью OLPC полезно на начальном этапе для определения начального значения передаваемой мощ­ности и смягчения помех, вносимых трактом, затухание в котором распреде­лено по логарифмически нормальному закону, а также эффектов дифракции.


5.3.1.2.4 Замкнутая цепь регулирования мощности — CLPC

Регулирование CLPC используется для подстройки передаваемой мощности, после того как соединение по радиоканалу уже установлено. По существу, его задача заключается в компенсации влияния быстрых изменений напря­женности радиосигнала, и, следовательно, оно должно быть достаточно бы­стрым для реагирования на эти изменения.

Замкнутая цепь регулирования мощности в восходящей линииРисунок 5.25 иллюстрирует принцип регулирования мощности с замкну­той цепью CLPC в системе WCDMA применительно к восходящему направ­лению. В этом случае БС дает абонентской станции UE команды о повыше­нии или понижении передаваемой мощности в цикле 1,5 кГц (1500 раз в се­кунду) шагами по 1, 2 или 3 дБ. Решение о повышении или понижении мощности принимается на основе оценки БС величины защищенности SIR. Принимая сигнал от оборудования UE, БС сравнивает его напряженность с определенной пороговой величиной. Если передаваемая мощность UE пре­вышает пороговое значение, то БС посылает на UE команду управления мощностью ТРС (Transmission Power Comand) с указанием понизить передаваемую мощность. Если при­нимаемая мощность ниже обозначенного порога, то БС посылает UE коман­ду с указанием повысить передаваемую мощность. Следует подчеркнуть, что различные измеряемые параметры, такие как защищенность SIR, напряжен­ность сигнала, коэффициент ошибок по циклам и коэффициент ошибок по битам, могут использоваться для сравнения качества принятого сигнала и принятия решения о необходимости регулирования.

Заметьте, что метод CLPC используется также для регулирования мощ­ности в нисходящем канале. В этом случае БС и UE меняются ролями. Теперь UE сравнивает напряженность сигнала, принятого от БС, с заданным порогом и посылает на БС команду ТРС на проведение соответствующего регулирования мощности.

Механизм регулирования CLPC в WCDMA включает варианты внутрен­него и внешнего контура регулирования. Что мы уже говорили относительно внутреннего контура регулирования? Это самый быстрый контур регулирования в WCDMA, и поэтому его иногда называют быстрым регулированием мощности.

Другой вариант CLPC представляет механизм OLPC. Основная задача OLPC заключается в поддержании нужной защищенности SIR при управлении мощностью внутреннего контура так, чтобы поддержать требуемый уро­вень качества. Благодаря макроразнесению контроллер RNC осведомлен о текущих условиях и качестве радиоканалов, и поэтому способен опреде­лить допустимые уровни передаваемой мощности в соте и требуемые значе­ния защищенности SIR, которые нужны БС для определения команд ТРС. С целью поддержания качества радиоканалов контроллер RNC использует методы управления мощностью для подстройки требуемой защищенности SIR и контролирует любые изменения качества в каналах. При выполнении всего этого сеть способна компенсировать изменения в условиях распростра­нения на радиоинтерфейсе и достигнуть максимально возможного качества по показателям коэффициентов ошибок по битам и по циклам (кадрам). По существу, OLPC проводит тонкую регулировку параметров внутренней цепи регулировки мощности.

Методы регулировки OLPC и CLPC совместно оказывают существенное влияние на срок жизни аккумулятора абонентского терминала и общую про­пускную способность любой сотовой системы и, в частности, мобильной си­стемы, построенной на принципе CDMA.

 

5.3.1.2.5 Управление мощностью в отдельных случаях

Кроме обычных способов управления мощностью, используемых в системе WCDMA, для специальных случаев предусмотрены дополнительные средства. Они включают контроль передаваемой мощности в режиме мягкой передачи обслуживания, метод управления мощностью с возможностью выбора стан­ции SSDT (Site Selection Diversity Technique) и метод компенсации (режим выделения интервалов времени).

Принцип управления мощностью в системе WCDMA при мягкой передаче обслуживания

Мощность, передаваемая абонентским терминалом UE в режиме мягкой передачи обслуживания, подстраивается по наиболее приемлемым командам регулирования ТРС, поступающим от разных БС, с которыми UE поддерживает одновременную радиосвязь (рис. 5.26). В этом случае команды ТРС, получаемые абонентским оборудованием UE от нескольких БС одновременно, могут существенно отличаться друг от друга. Это может быль результатом недостаточной защищенности команд управления мощностью от ошибок или просто следствием сетевых условий. Это ставит абонентский терминал UE в противоречивую ситуацию. Основной подход к разрешению этой проблемы заключается в том, что если хотя бы одна команда TPC призывает понизить передаваемую мощность, то UE понижает свою мощность. В режиме мягкой передачи обслуживания UE может использовать порог для обнаружения надежных команд, по которому может решать, понижать или повышать свою мощность на передаче.

Другое решение представляет метод управления мощностью с возможностью выбора станции — SSDT. Принцип, лежащий в основе метода SSDT, состоит в том, что БС с наиболее мощным сигналом динамически выбирается в качестве одной передающей станции БС (рис. 5.27). При этом другие БС, с которыми данный абонентский терминал UE имеет в данный момент радиосвязь, отключают свои выделенные каналы DPDCH, а передаваемая мощность подстраивается по командам ТРС БС с наиболее сильным сигналом. Есть основания считать, что этот метод снижает помехи в нисходящем направлении, возникающие в режиме мягкой передачи обслуживания.
Принцип управления мощностью с возможностью выбора станции SSDT (Site Selection Diversity Technique). Все соты включены в список активации, но руководит только лучшаяВ режиме компенсации (режим выделения интервалов времени) передача и прием БС и UE прерываются на определенное время, с тем, чтобы предоставить время для проведения радиоизмерений частот, например в режиме межсистемной передачи обслуживания. При этом работа механизма подстройки передаваемой мощности также прерывается. В этом случае принимаемые команды управления мощностью (например, восходящей линии UE) позволяют повышать или понижать мощность на передаче большими шагами так, что она может достичь нужной защищенности SIR с максимально возможной скоростью.

 

Поиск по сайту

Регистрация / Вход

Голосование

Какому вендору 3G оборудования Вы больше доверяете

Все права защищены.
По всем вопросам обращаться по e-mail: poshtax@yandex.ru