Управление мощностью излучения

В любой сотовой сети необходимы процедуры управления мощностью передатчиков базовых и абонентских станций для борьбы с замираниями и компенсации потерь в радиоканале.

Классический алгоритм управления устанавливает мощность излучения абонентских станций такой, чтобы уровни сигналов различных пользователей поступали на вход приемника базовой станции с отношением сигнал/шум, равным некоторому пороговому значению. Мобильные станции (МС) находятся на разном удалении от базовой станции, и их сигналы приходят на приемник базовой станции с разными случайными временными задержками, т.е. они некогерентны. Это значит, что на входе приемника базовой станции, выделяющего сиг­нал с первой МС, сигналы других МС можно расценивать как помехи; т.о. МС абонентов сотовой сети CDMA создают помехи друг другу. Суммарный сигнал мобильных станций на входе приемника базо­вой станции представляет собой квазишумовой сигнал, его спектр пока­зан на рис. 13а.

а) б)

Рисунок 13 - Спектры сигнала на входе (а) и выходе (б) приемника базовой станции при нескольких активных абонентах

Из этого сигнала следует выделить и обработать сигналы отдельных МС. Положим, что по каналам «вверх» все МС пе­редают информацию с одной скоростью и мощности сигналов отдельных МС на входе приемника базовой станции одинаковы. Тогда энергетический спектр на рис. 13а состоит из суммы спект­ров одинаковой интенсивности. В приемнике базовой станции происходит когерентная обработка сигнала каждой МС. Мощность каждого канала, представленного на рис. 13а, сохраняется, но теперь она сосредоточена в узкой полосе (рис. 13б). Сигналы всех остальных МС создают в этой полосе помехи в виде некоррелированного шума.

Для приема телефонного сигна­ла требуется обеспечить отношение сигнал/по­меха равным 5 дБ (3 раза). Если коэффициент расширения спектра SF п ринять равным 64 (и пренебречь помехами из соседних сот и собственными шумами приемника), то тогда допусти­мое число абонентов в соте с передачей телефонии будет SF/3 = 21÷22. При этом необходимо обеспечить, чтобы мощности всех сигналов на входе приемника базовой станции, передаваемых с одинаковой скоростью, были рав­ными (иначе более сильные сигналы подавят более слабые). А с учетом быстрых замираний необходима регулировка мощности МС в реаль­ном времени (фактически - каждую микросекунду).

То же самое происходит и при увеличении скорости передачи, поскольку требуемая мощность сигнала на входе приемника напрямую связана со скорость в канале (полагаем, что фоновый шум местности остается неизменным), это отражено на рис. 14.

а) б)

Рисунок 14 - Спектры сигнала на входе (а) и выходе (б) приемника базовой станции при увеличении скорости передачи информации

И в том и в другом случае помеховая ситуация в соте значительно ухудшается. Фактически это означает, что чем больше активных абонентов и, главное, чем выше скорость передачи, тем больше должна быть излучаемая мощность мобильной станции и тем меньше дальность связи. Учитывая, что активность абонентов динамично меняется случайным образом мы получаем эффект «дышания» соты, т.е. изменения размера соты в зависимости от количества в данный момент времени активных абонентов в данной (и соседних) соте и от значения используемой ими скорости передачи информации.

Классический алгоритм используется в WiMax. В LTE применяется модифицированный алгоритм - частичное управление мощностью. Пороговое отношение сигнал/шум меняется для пользователей в зависимости от их положения внутри соты: чем ближе абонент к базовой станции, тем выше порог отношения сигнал/шум как критерий регулировки мощности. Следовательно, вблизи базовой станции абонентский терминал работает с более высоким отношением сигнал/шум, с более высокой скоростью кодирования и кратностью модуляции, а значит, с более высокой спектральной эффективностью.

Помимо этого, каждая базовая станция LTE отслеживает уровень помех от соседних сот. Базовые станции сети определяют, в каком ресурсном блоке уровень помех превышает пороговое значение, и периодически обмениваются индикаторами перегрузки, определяемого для каждого частотного блока в соте. Соответственно, уровень излучаемой мощности устанавливается в зависимости от принятого индикатора перегрузки: если для какого-либо блока указывается высокий уровень помех, то базовая станция передает команду снизить мощность сигнала мобильной станции, излучаемого в данном ресурсном блоке. Точность настройки на канал в зависимости от отношения сигнал/шум составляет 1-2 дБ.