4.4.20 Управління потужністю

Ємність стільникової системи зв’язку і якість зв’язку, що забезпечується системою CDMA, залежить головним чином від рівня інтермодуляційних перешкод від базових станцій, розміщених в інших кластерах осередках. Абонентська системи CDMA IS-95 оптимізується регулюванням потужності сигналу, що випромінюється кожним абонентським терміналом, до необхідного рівня для отримання прийнятної ймовірності помилки.

Управління потужності в стандарті GSM має такі особливості:

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

- в GSM встановлено 8 класів BTS і 5 класів MS по рівню потужності передавачів (табл.4.6)

Таблиця 4.6 Рівні потужності ВТS та MS різних класів

Клас потужності	BTS, Вт	MS, Вт
1	320	20
2	160	8
3	80	5
4	40	2
5	20	0,8
6	10	
7	5	
8	2,5	

Потужність передавача BTS регулюється дискретно з кроком, рівним 2дБ. Потужність передавача BTS може бути зменшена до мінімального значення, рівного -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.

В системі передбачено три механізми регулювання потужності:

- в зворотньому каналі;

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

- в 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 привели б до значного погіршення характеристик системи.

Процес регулювання потужності у зворотньому 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 таким чином, щоб у кожному випадку забезпечити прийнятну якість мови. Абоненти, на шляху до яких радіосигнал витримує більше загасання, отримують можливість випромінювати сигнал більшої потужності. Основна мета регулювання потужності у зворотньому каналі - оптимізація площі стільника. Регулювання потужності як у прямому, так й у зворотньому каналі впливає і на термін служби акумуляторів мобільних станцій.

У системі передбачене повільне управління потужністю й швидке.

Процес регулювання потужності в прямому каналі відбувається трохи інакше. У ньому, як було вказано раніше, можливі два варіанти регулювання:

- по відкритому циклу (розімкнута петля);

- по замкнутому циклу (замкнута петля).

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

Мобільна станція після включення відшуковує сигнал базової станції. Після синхронізації на мобільній станції вимірюється потужність прийнятого сигналу та обчислюється потужність переданого сигналу, необхідна для забезпечення з'єднання з базовою станцією. Обчислення ґрунтуються на тому, що сума рівнів передбачуваної потужності випромінюваного сигналу і потужності прийнятого сигналу повинна бути постійна й дорівнювати - 73 дБ. Якщо рівень прийнятого сигналу, наприклад, дорівнює -85 дБ, то рівень випромінюванної потужності необхідно змінити на +12 дБ. Цей процес повторюється кожні 20 мс, але все ж таки він не забезпечує бажаної точності регулювання потужності, тому що прямий і зворотній канали працюють у різних частотних діапазонах (рознос частот 45 МГц) і, отже, мають різні рівні загасання при поширенні й по-різному піддаються впливу перешкод.

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 із 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, що достатня для забезпечення прийнятної 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 повинні 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. Приймаючи це до уваги, можна сказати, що вимоги до лінійності передатної функції підсилювача потужності, що працює при зміні рівня вхідного сигналу й межах 20 дБ, надзвичайно високі. Лінійність передатної функції підсилювача - фактор, критичний при забезпеченні бажаних характеристик системи. Необхідну лінійність забезпечують складні й дорогі методи лінеаризації.

 Високі вимоги до регулювання рівня потужності сигналу мобільної станції можна віднести до недоліку системи IS-95. Другим недоліком системи IS-95 є необхідність використання однакових за розміром стільників на всій мережі, у протилежному випадку виникають взаємні перешкоди від сигналів мобільних станцій, які перебувають у сусідніх стільниках 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 (ОQPSK) 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 ОQPSK дозволяє знизити вимоги до лінійності підсилювача потужності мобільної станції, тому що амплітуда вихідного сигналу при цьому виді модуляції змінюється значно менше. До того, як інтерференційні перешкоди мають бути подавлені методами цифрової обробки сигналів, вони повинні пройти через високочастотний тракт приймача і не викликати насичення малошумлячого широкосмугового підсилювача (МШП) і змішувача. Це змушує розробників системи шукати баланс між динамічними й шумовими характеристиками приймача.