Управление мощностью передатчиков

Абонентская емкость ячейки системы CDMA оптимизируется использова­нием сложного алгоритма регулировки, который ограничивает мощность, излучаемую каждым абонентским терминалом, до необходимого уровня для получения приемлемой вероятности ошибки. В системе предусматривается три механизма регулировки мощности:

• В прямом канале — разомкнутая петля
• В прямом канале — замкнутая петля
• В обратном канале

При передаче информации базовой станцией и приеме ее подвижной стан­цией будем говорить о прямом канале. Под обратным каналом будем подра­зумевать канал, в котором подвижная станция передает, а базовая принима­ет сообщения.

Рассмотрим процесс регулирования мощности передающих устройств в об­ратном канале. Каждая подвижная станция непрерывно передает инфор­мацию об уровне ошибок в принимаемом сигнале. На основании этой ин­формации базовая станция распределяет излучаемую мощность между абонентами таким образом, чтобы в каждом случае обеспечить приемлемое качество речи. Абоненты, на пути к которым радиосигнал испытывает боль­шее затухание, получают возможность излучать сигнал большей мощности. Основная цель регулировки мощности в обратном канале — оптимизация площади соты. Регулирование мощности как в прямом, так и в обратном ка­нале влияет и на срок службы аккумуляторов подвижных станций. Тесты показывают (рис. 3.38), что средняя излучаемая мощность подвижной стан­ции в CDMA меньше, чем в системах, использующих другие методы досту­па. Это непосредственно связано с такими параметрами радиотелефона, как длительность непрерывного занятия канала и время нахождения в режиме ожидания.

Рис. 3.38. Изменение мощности излучения подвижных станций

Рис. 3.39. Схема управления мощностью в прямом канале

Процесс регулирования мощности в прямом канале происходит несколько иначе. В нем возможны два варианта регулирования: по открытому циклу (ра­зомкнутая петля) и по замкнутому циклу (замкнутая петля), как это показано на рис. 3.39.

Рассмотрим открытый цикл регулирования мощности (менее точный). Подвиж­ная станция после включения ищет сигнал базовой станции. После синхрониза­ции подвижной станции по этому сигналу производится замер его мощности и вычисляется мощность передаваемого сигнала, необходимая для обеспечения соединения с базовой станцией. Вычисления основываются на том, что сумма уровней предполагаемой мощности излучаемого сигнала и мощности приня­того сигнала должна быть постоянна и равна — 73 дБ. Если уровень принятого сигнала, например, равен — 85 дБ, то уровень излученной мощности должен быть равен + 12 дБ. Этот процесс повторяется каждые 20 мс, но он все же не обеспечивает желаемой точности регулировки мощности, так как прямой и обратный каналы работают в разных частотных диапазонах (разнос частот 45 МГц) и, следовательно, имеют различные уровни затухания при распрост­ранении и по-разному подвержены воздействию помех.

Рассмотрим процесс регулирования мощности при замкнутом цикле. Меха­низм регулирования мощности при этом позволяет точно отрегулировать мощность передаваемого сигнала. Базовая станция постоянно оценивает ве­роятность ошибки в каждом принимаемом сигнале. Если она превышает про­граммно заданный порог, то базовая станция дает команду соответствующей подвижной станции увеличить мощность излучения. Регулировка осуществ­ляется с шагом 1 дБ. Этот процесс повторяется каждые 1,25 мс. Цель такого процесса регулирования заключается в том, чтобы каждая подвижная стан­ция излучала сигнал минимальной мощности, которая достаточна для обес­печения приемлемого качества речи. За счет того, что все подвижные стан­ции излучают сигналы необходимой для нормальной работы мощности, и не более, их взаимное влияние минимизируется, и абонентская емкость систе­мы возрастает. Подвижные станции должны обеспечивать регулирование выходной мощности в широком динамическом диапазоне — до 85 дБ.

Такие факторы, как число пользователей и расстояние до них от базовой стан­ции влияют на значение максимальной излучаемой мощности. Принимая это во внимание, можно сказать, что требования к линейности передаточной фун­кции усилителя мощности, работающего при изменении уровня входного сигнала в пределах 20 дБ, чрезвычайно высоки. Линейность передаточной функции усилителя — фактор, критичный при обеспечении желаемых харак­теристик системы. Требуемую линейность обеспечивают сложные и дорого­стоящие методы линеаризации (усилители с предварительными искажения­ми или усилители со связью вперед). Спектр излучаемого CDMA-сигнала, который получается в результате объединения множества кодированных по Уолшу базовых сигналов, близок к спектру шумового сигнала с отношением пикового значения к среднему около 11 дБ. Это означает, что для достижения одинакового качества связи в базовой станции GSM необходим усилитель с выходной мощностью 44 Вт; в стандарте D-AMPS (АДС) это значение снижа­ется до 31 Вт, а в CDMA — до 10 Вт (рис. 3.40). Поэтому значительный теоре­тический запас энергопотенциала в радиоканале, который получается за счет использования метода расширения спектра, при сопоставимой практической реализации базового оборудования оказывается значительно меньше. Поэто- | му системы с кодовым разделением каналов не обеспечивают ожидаемого увеличения площади радиопокрытия базовой станции.

В системе CDMA применяются квадратурная фазовая манипуляция (QPSK) в базовой и смещенная QPSK в подвижных станциях. При этом информация извлекается путем анализа изменения фазы сигнала, поэтому фазовая ста­бильность системы — критичный фактор при обеспечении минимальной ве­роятности появления ошибки в сообщениях. Применение смещенной QPSK позволяет снизить требования к линейности усилителя мощности подвиж­ной станции, так как амплитуда выходного сигнала при этом виде модуля­ции изменяется значительно меньше. До того, как интерференционные по­мехи будут подавлены методами цифровой обработки сигналов, они должны пройти через высокочастотный тракт приемника и не вызвать насыщения ма­лошумящего широкополосного усилителя (МШУ) и смесителя. Это заставля­ет разработчиков системы искать баланс между динамическими и шумовы­ми характеристиками приемника.

Рис. 3.40. Требования к усилителю мощности базовой станции