Управление мощностью

С помощью управления мощностью мобильные устройства могут быть разделены на различные группы или классы. Не все мобильные телефоны имеют одинаковую максимальную выходную мощность, поэтому каждой мобильной станции присваивается номер класса мощности (англ. power class), чтобы БППС знала, с каким максимальным уровнем мощности можно передавать данные этому устройству. Определены пять классов мобильных станций в зависимости от их пикового уровня передачи. В полной спецификации управления мощностью выделяют восемь классов, но только пять из них реально используются в мобильной связи. Для GSM 900 эти значения составляют 8, 5, 2 и 0,8 ватта. Ранее первый класс соответствовал 20 ваттам, но он более не применяется. Классы мощности подразделяются на уровни мощности, которые можно изменять с шагом 2 дБ до пикового значения класса или снижать до минимума 13 дБм (20 мВт). В приведённой таблице указана максимальная выходная мощность для каждого класса и диапазона частот. Каждый класс извещает БППС о максимальной мощности, на которой последняя может работать, что позволяет поддерживать хорошее отношение сигнал/шум и одновременно оптимально расходовать заряд батареи^[3].^[4][5]

В восходящем канале качество и уровень сигнала, принимаемого от мобильной станции, регулярно измеряются базовой приёмо-передающей станцией и анализируются по отношению к битовой ошибке (bit error ratio, BER). Эта информация далее передаётся в контроллер базовых станций, который определяет необходимость коррекции уровня мощности. Анализ в КБС включает усреднение измерений и сравнение со ссылочными значениями. По результатам определяется, насколько нужно повысить или понизить мощность. Решение оформляется в виде команды управления мощностью, которая отправляется от КБС через БППС к мобильной станции. После закреплённого интервала мобильная станция корректирует свою мощность в соответствии с запросом с максимальной скоростью 2 дБ за 60 мс. Коррекция передатчика на 30 дБ занимает 900 мс.

В нисходящем канале управление мощностью проводится аналогично: мобильная станция измеряет исходящий сигнал, результаты измерений отправляются в КБС, где анализируются на предмет необходимости коррекции передающей мощности БППС. При необходимости соответствующая команда передаётся на БППС^[6].

Показано оптимальное отношение сигнал/шум (S/N): уровень сигнала достаточно высок для обеспечения качества, а создаваемые шум и интерференция сведены к минимуму. Этого результата и стараются достичь средствами управления мощностью. Если контроль мощности реализован не оптимально, возникают следующие проблемы:

На левом графике уровень мощности избыточен, что приводит к появлению шума и интерференции, искажая сигнал. Управление мощностью должно уменьшать потребляемую мощность в таких случаях. На втором графике качество сигнала недостаточно для заданного эталона — здесь требуется ускоренное увеличение мощности контроля. Таким образом, управление мощностью требует очень аккуратной реализации, поскольку ошибки могут привести к неустойчивости.

Передаваемая мощность мобильной станции ограничена определённым диапазоном, который определяется минимальными и максимальными параметрами. Их значения зависят от конкретной системы, как указано выше.

Передаваемая мощность БППС также задаётся этими параметрами. Диапазон — от −30 до 0 дБ относительно максимального значения. Поскольку управление мощностью БППС является опциональным, используется дополнительный параметр, отвечающий за её активацию (YES/NO). Кроме того, параметр определяет минимальный интервал между последовательными изменениями мощности (от 0 до 30 секунд). Для мобильной станции коррекции выполняются с шагом 2 дБ. Для БППС шаги увеличения составляют 2, 4 и 6 дБ, снижения — 2 или 4 дБ.

Как происходит обработка результатов измерений МС и БППС в КБС: отчёт содержит два типа данных — уровень принятого сигнала и качество принятого сигнала. Уровень (RXLEV) задаётся в диапазоне от 0 до 63 — это соответствие уровня сигнала в дБм относительно 1 мВт.

Качество сигнала (RXQUAL) выражается по шкале от 0 до 7, каждое значение соответствует определённому уровню битовых ошибок (BER).

Перед использованием результатов измерений в КБС значения RXLEV и RXQUAL усредняются с помощью подходящего алгоритма. Поскольку оба параметра используются как в восходящем, так и в нисходящем каналах, КБС обрабатывает четыре типа результатов. Они сравниваются с верхним и нижним порогом; при необходимости вырабатывается команда управления мощностью. Обычно команды приводят к незначительным коррекциям, но в некоторых случаях резкая корректировка возможна (например, при внезапном исчезновении прямой видимости между МС и БППС). Степень корректировки рассчитывается по результатам измерений RXLEV и RXQUAL, берётся наибольшая из двух величин и на её основе командуется смена на МС или БППС. Принцип одинаков для обоих каналов, но только в нисходящей линии можно отключить управление мощностью^[7].^[8]

Системы управления мощностью должны быть очень чувствительны к температуре, напряжению питания и уровням радиочастотного сигнала. Для автоматической коррекции смещения усилителя используется контур обратной связи, обеспечивающий постоянный контроль напряжения. Следует учитывать дрейф нуля, полосу пропускания, шум и другие параметры. Сравнивающая схема обратной связи состоит из интегратора, который сравнивает некоторое опорное напряжение с выходным сигналом — последний представляет собой ВЧ-сигнал, опорный же уровень — обычное постоянное напряжение. Поэтому цепь обеспечивания связи конвертирует ВЧ-обратную связь в постоянное напряжение для возможности сравнения с опорной величиной. Для этого обычно используют нелинейные диодные детекторы. В схему компаратора добавляется усилительный каскад (G), формирующий контур автоматического регулирования усиления (ARU, англ. AGC). Также есть температурная компенсация для диодного детектора (T), уравновешивающая изменение прямого падения напряжения на диоде по мере роста температуры^[9].^[10]