Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Способы совершенствования алгоритмов управления мощностью

При многостанционном доступе с кодовым разделением используется раздельная обработка отраженных сигналов, приходящих с разными задержками, и последующее их весовое сложение, что значительно снижает отрицательное влияние эффекта многолучевости. При раздельной обработке лучей в каждом канале приема на базовой станции используется 4 параллельно и независимо работающих коррелятора, а на подвижной станции - 3 коррелятора. Приемник с несколькими каналами приема и обработки сигнала получил название RAKE-приемника. Он имеет 4 канала приема: в трех каналах одновременно обрабатываются три наиболее сильных сигнала, в четвертом канале постоянно осуществляется поиск сигнала с более высоким уровнем. При этом опорный сигнал подается на разные корреляторы с небольшим сдвигом во времени, соизмеримым с разницей по времени при прохождении радиоволн по различным траекториям. Выходные сигналы корреляторов суммируются. Таким образом, если уровень сигнала свертки от одного из многолучевых сигналов в текущий момент времени оказывается равным нулю (в результате интерференционной картины распределения поля), то свертка от задержанного сигнала будет отличной от нуля. Таким образом, в системе с кодовым разделением каналов реализуется метод временного разнесения приема. Многолучевое распространение радиосигналов, с которым приходится бороться всем стандартам сотовой связи, в данном случае становится помощником. В случае построения фиксированных сетей многолучевые отражения позволяют снизить требования к уровню сигнала, приходящего к абонентской станции.

Мобильная связь в условиях города сопровождается явлениями, оказывающими существенное влияние на характеристики принимаемых сигналов (1 - 3). Так, затенение трассы распространения сигнала крупными препятствиями (неоднородности рельефа, здания, инженерные сооружения) приводит к так называемым медленным замираниям. Многолучевое распространение радиоволн приводит к быстрым замираниям, обусловленным интерференцией отдельных копий сигнала, приходящих в точку приема со случайными фазой и задержкой.

Основной целью управления мощностью передатчиков (POwer Control) в системе GSM является компенсация эффектов, связанных со средними потерями и медленными замираниями сигнала на трассе распространения между мобильной (MS) и базовой (BS) станциями. Качество работы РОС влияет на целый ряд показателей: качество передачи речи, уровень обрывов, уровень неуспешных хэндоверов и др. При этом качество обслуживания различных классов трафика зависит от эффективности РОС. Наиболее критичны к работе РОС мобильные абоненты, пользующиеся связью во время движения на автомобиле, в общественном транспорте и т.д. Даже медленные замирания могут привести здесь к обрыву соединения, как, например, в случае резкого падения уровня сигнала обслуживающей соты при повороте за угол здания. Скорость реакции РОС при этом определяет текущее качество обслуживания, успешность последующего хэндовера, а следовательно, и надежность соединения в целом.

С другой стороны, эффективность, с которой РОС компенсирует избыточные уровни мощности передатчиков MS и BS, влияет на уровень внутрисистемной интерференции.

Проведенная оптимизация была направлена на адаптацию параметров РОС к условиям обслуживания городского мобильного трафика, что в первую очередь предполагает улучшение динамических свойств РОС - оптимизацию чувствительности системы к вариациям сигнала и времени ее реакции, оптимизацию скорости и точности изменения мощности передатчиков MS и BS. Оптимизация динамических свойств РОС должна удовлетворять ряду требований, основными из которых являются предотвращение пинг-понга (непродуктивного последовательного увеличения-уменьшения мощности передатчиков) и согласованность параметров систем управления мощностью и управления хэндоверами (подстройка мощности должна быть завершена к моменту принятия решения о выполнении хэндовера по условиям радиоканала).

Для оптимизации было выделено несколько десятков сот в диапазонахи DCS. На первом этапе эксперимента был уменьшен минимальный ин-тервал между последовательными перестройками мощности, что позволило сократить время реакции РОС и увеличить скорость изменения мощности при фиксированной величине шага. Среднее количество команд РОС в DL-направлении, отнесенное к 1 эрлангу (AV_POCcmd_DL/Erl), при этом возросло на 4 %, а уровень AV_POCcmd_UL/Erl практически не изменился.

На втором этапе эксперимента были оптимизированы параметры обработки измерений уровня и качества приема. Был уменьшен интервал усреднения уровня сигнала и скорректированы параметры, фиксирующие достижение пороговых значений среднего уровня обслуживания. Уменьшение интервала усреднения позволило снизить инерционность РОС. Коррекция параметров, фиксирующих достижение нижнего порогового значения, обеспечила повышение чувствительности системы к замираниям и уменьшила время реакции РОС; коррекция параметров верхнего порогового значения ускорила компенсацию избыточной мощности передатчиков BS и MS при высоких уровнях приема.

Одновременно были скорректированы параметры, фиксирующие достижение пороговых значений среднего качества приема, в то время как интервал усреднения качества оставлен минимальным.Данная мера призвана улучшить чувствительность системы к вариациям коэффициента ошибок и обеспечить эффективное уменьшение мощности передатчиков BS/MS в условиях, когда коэффициент ошибок мал, а уровень приема ниже верхнего порога.

В бюджете мощности радиоканала поддерживается энергетический запас на замирания, динамически изменяющийся в зависимости от среднего уровня сигнала, что имеет важную практическую значимость в DСS-диапазоне.

В целом по зоне оптимизации уровень AV_POCcmd_DL/Erl возрос на 7 % относительно исходного (до начала оптимизации), а уровень AV_POCcmd_UL/Erl - на 3 %, причем рост указанных показателей в диапазоне DCS оказался заметно выше, чем в GSM. В DL-направлении возросли доли команд понижения и повышения мощности BS по причине уровня приема и уменьшилась доля команд понижения мощности по причине качества. В UL-направлении возросла доля команд повышения мощности MS по причине уровня приема и уменьшилась доля команд понижения мощностипо причине качества.

На следующем этапе была обеспечена возможность понижения мощности BS с переменным шагом, что позволило дополнительно ускорить уменьшение мощности передатчика BS при высоких уровнях приема MS и сократить количество команд РОС для DL-направления: уровень AV_POCcmd_DL/Erl снизился на 7, 5 % относительно исходного. В DL-направлении возросла доля команд повышения мощности BS по причине уровня приема и снизилась доля команд понижения мощности по причине уровня приема.

Эффект от оптимизации оценивался с использованием как типовых показателей качества, так и некоторых дополнительных, таких как интенсивность потока команд РОС и причины изменения мощности, совместное распределение уровня обслуживания и коэффициента ошибок.

В результате оптимизации зафиксировано снижение уровня обрывов на эрланг, рост успешности НО, уменьшение доли отчетов с низким качеством приема (RXQUAL_DL/ UL=4;…; 7), снижение среднего уровня мощности передатчиков BS и MS.

Анализ совместного распределения уровня и качества обнаружил, что в DL - и в UL-направлениях уменьшились доли отсчетов RXLEV-RXQUAL, при которых необходима либо коррекция мощности передатчиков, либо хэндовер по условиям радиоканала. Одновременно увеличилась доля нормальных отсчетов RXLEV-RXQUAL, не требующих подстройки мощности или выполнения хэндовера.

Важно отметить различие результатов, полученных на разных этапах оптимизации в диапазонах GSM и DCS. Таким образом, результат оптимизации дуальной радиосети зависит как от ее архитектуры и использованных принципов планирования, так и от стратегии и методов распределения трафика по диапазонам.

В результате проведенной оптимизации могут быть сформулированы следующие выводы:

повышение эффективности управления мощностью передатчиков MS и BS является значимым этапом оптимизации сетей GSM-9001800; обслуживание мобильного трафика в условиях города определяет необходимость оптимизации динамических свойств РОС;

оптимизация мощности передатчиков MS при установлении соединения и выполнении хэндовера способствует снижению уровня внутрисистемной интерференции в UL-направлении;

в результате оптимизации были улучшены практически все качественные показатели сети. Снизился средний уровень мощности передатчиков BS и MS. Зафиксировано перераспределение типов команд РОС в DL - и UL-направлениях;

В результате проведенной оптимизации могут быть сформулированы следующие выводы:

в UL-направлении произошел незначительный рост числа команд РОС на эрланг; в DL-направлении число команд РОС на эрланг снизилось за счет использования переменного шага понижения мощности BS;

результат оптимизации РОС в дуальной радиосети зависит от ее архитектуры, принципов планирования, стратегии и методов распределения трафика по диапазонам GSM-900/1800;

для получения максимального выигрыша от оптимизации необходимо оптимизировать также параметры управления хэндоверами с учетом внесенных коррекций параметров РОС.

Методы улучшения качества передачи сигналов. Подавление искажений из-за многолучевого распространения

В диапазоне работы радиосредств системы GSM радиоволны отражаются от всего - зданий, холмов, автомобилей, самолетов, и т.д. Таким образом, приемной антенны может достигнуть множество отраженных сигналов с различными фазами и вызвать замирание (fade). Замирание - явление, при котором в течение определенного интервала времени происходит то постепенное усиление, то ослабление сигнала. Подавление искажений из-за многолучевого распространения (multipath propagation) используется для того, чтобы извлечь желательный сигнал из нежелательных отражений. Оно работает, определяя как известный переданный сигнал искажен замиранием из-за многолучевого распространения, и настраивает обратный фильтр, чтобы извлечь остальную часть переданного сигнала. Этот известный сигнал - 26 битов обучающей последовательности, передаваемой в середине каждого временного интервала пакета. Практи-ческая реализация подавления искажений в спецификациях стандарта GSM не определена.

Скачок частоты. Мобильная станция позволяет использовать любую из заданных частот. Это означает, что значение частоты может изменяться между передатчиком и приемником и управляться в пределах одного кадра TDMA. Станции, работающие в стандарте GSM, используют эту свойственную для стандарта подвижность частоты, чтобы осуществить медленный скачок частоты, когда время смены частоты существенно больше временного интервала, соответствующего одному информационному символу. При этом мобильная станция и BTS передают информацию в течение короткого интервала времени на различных несущих частотах. Процесс управления скачком частоты является широковещательным и выполняется по широковещательному каналу управления ВССН. Так как замирание из-за многолучевости зависит от несущей частоты, медленные скачки частоты помогают облегчить проблему помех. Отметим также, что межканальные помехи в действительности случайны и взаимно не связаны.

Прерывистая передача. Уменьшение межканальных помех - цель любой сотовой системы, так как обеспечивает лучшее обслуживание для данной скорости передачи или увеличивает скорость передачи, а следовательно, полную емкость системы.

Прерывистая передача (DTX - Discontinuous Transmission mode) - метод, преимущество которого основано на том, что фактически человек при нормальном сеансе связи говорит меньше 40 % времени. Поэтому возможно выключать передатчик в течение периодов молчания. Дополнительное пре-имущество состоит в том, что DTX экономит энергию мобильной станции.

Самый важный компонент DTX, конечно, устройство обнаружения голосовой активности (VAD - Voice Activity Detector). Оно должно отличить речь от шумов - задача, которая не так тривиальна, как это кажется. Если речевой сигнал неправильно интерпретируется как шум, передатчик выключается и возникает очень раздражающий эффект, называемый клиппированием на приемном конце. Если, с другой стороны, шум ошибочно интерпретируется слишком часто как речевой сигнал, эффективность DTX резко уменьшается. Другой фактор, который следует учитывать, состоит в том, что, когда передатчик выключен, то на приемном конце устанавливается полная тишина из-за цифрового характера GSM. Чтобы дать знать пользователю на приемном конце, что соединение существует, требуется подключение шума комфорта на приемном конце, который бы соответствовал характеристикам фоновых шумов, поступающих с передающего конца.

Прерывистый прием. Другой метод сохранения энергии в подвижной станции - прерывистый прием. Широковещательный канал коротких сообщений (РСН), используемый для того, чтобы сигнализировать о вызове базовой станции к мобильной станции, разделяется на подканалы. Каждой подвижной станции выделяется свой собственный подканал. Работа подканалов осуществляется в различные интервалы времени. В режиме ожидания вызова во время между последовательными интервалами работы мобильная станция может переходить в режим, когда энергия почти не потребляется.

Управление мощностью. В соответствии с пиковой мощностью передатчика существует пять классов подвижных станций с номиналами мощности 20, 8, 5, 2, и 0,8 Вт. Чтобы снизить межканальные помехи и сохранить энергию электропитающего прибора, приемопередатчики мобильных станций и базовые станции работают на самой низкой мощности, которую выбирают, исходя из необходимости поддержания приемлемого качества сигнала. Мощность передатчика может подбираться путем ступенчатого увеличения или уменьшения ее значения на 2 дБ относительно пикового.

Подвижная станция измеряет мощность и качество сигнала (основанное на коэффициенте битовых ошибок - BER) и передает информацию на кон-троллер базовой станции (BSC), который, в конечном счете, решает, изменить ли и когда изменить уровень мощности. Управление мощностью должно осуществляться с учетом влияния на соседние станции и зоны, поскольку оно может стать причиной неустойчивой работы сети. В зоне этой станции имеются соседние подвижные станции, которые увеличивают свою мощность в ответ на увеличение межканальных помех, вызванных другими подвижными станциями, что может привести к отказу сети. Практически это явление маловероятно, оно находится в стадии изучения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной дипломной работе получены следующие результаты:

. Выполнен детальный анализ сетей сотовой связи стандарта CDMA;

. Выполнен детальный анализ сетей сотовой связи стандарта GSM;

. Проведен анализ методов регулирования мощности в системах с кодовым разделением каналов (CDMA);

. Проведен анализ методов регулирования мощности в системах с временным разделением каналов (GSM);

. Проведен анализ способов совершенствования алгоритмов управления мощностью.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1 Бабков В.Ю. Системы связи с кодовым разделением каналов /В.Ю. Бабков, А.И. Никитин, М.А. Сиверс. - СПб.: ТРИАДА, 2003. - 239 с.

2 Ипатов В.А. Широкополосные системы и кодовое разделение каналов. М.: Мир, 2007. - 488 с.

Терентьев С.В. Управление и качество услуг в сетях GPRS/UMTS / С.В. Терентьев, Тихвинский В. О., М.: Эко-Трендз, 2009 с. -400 с.

4 H. Holma, W-CDMA for UMTS / H. Holma, John Wiley & Sons / 3rd edition,. - 2007. -168 с.

5 3GPP TR 25.814 Physical layer aspects for evolved Universal Terrestrial Radio Access, (UTRA), Release 7, V7.1.0, 2008 103 с.

UMTS Evolution from 3GPP Release 7 to Release 8 HSPA and SAE/LTE, 3G Americans, July 2009, 132 с.

Доклад

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). 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.

Воспользуйтесь поиском по сайту: