Управление мощностью мобильной станции в сетях с кодовым разделением каналов на основе оценки ошибки сигнал помеха Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

ИНФОРМАЦИОННЫЕ КОМПЛЕКСЫ И СИСТЕМЫ

УДК 621.395

УПРАВЛЕНИЕ МОЩНОСТЬЮ МОБИЛЬНОЙ СТАНЦИИ В СЕТЯХ С КОДОВЫМ РАЗДЕЛЕНИЕМ КАНАЛОВ НА ОСНОВЕ ОЦЕНКИ ОШИБКИ СИГНАЛ-ПОМЕХА

О.И. Шелухин, С.В. Березенко

Получен оптимальной алгоритм управления мощностью излучения мобильной станции в сотовых сетях связи с кодовым разделением каналов при помощи фильтрации помех в канале измерения.

In this paper for the CDMA cellular networks we obtain an optimal power control algorithm for the mobile station emission using noise filtration of the measurement channel.

Цель статьи: рассмотрение оптимальной распределенной системы управления мощностью излучения мобильной станции в сотовых сетях связи с кодовым разделением каналов при помощи фильтрации помех в канале измерения.

В системах сотовой связи с кодовым разделением каналов отношение сигнал-помеха (ОСП) для / -го активного пользователя, находящегося в зоне обслуживания п -й базовой станции, имеет вид

=

LKEN „і3ї і

KENnjSї j +^б

(1)

где «/ - мощность сигнала мобильной станции /-го пользователя; К^ - усиление канала связи

от /-го абонента до п-й базовой станции; стб2 -

фоновый шум; Ь - коэффициент расширения спектра сигнала.

Предлагается следующий алгоритм управления мощностью излучения мобильной станции:

АЗї ih = uihcih ,

« ,и+1= « (3*-^), (2)

где «, «/И+1 - мощность излучаемого сигнала мобильной станцией в моменты времени И и И +1

соответственно; еік - ошибка между фактическим () и требуемым ($°а) отношением сигнал/помеха, иій - коэффициент усиления, найденный в результате оптимизации излучаемой мощности, в которой минимизированы квадрат ошибки ОСП и квадрат мощности передачи [1].

Схема системы управления мощностью представлена на рис. 1, где і^(Ь) = 10^10(Ь) и

(Ь)

(Ь) = 1010 - функции преобразования из Вт в дБ.

Рис. 1. Схема системы управления мощностью

2

Алгоритм определяется из выражения

об Л

Р1Ь2

об

р2(^2) +р2 С/ И

агеё п1и =0.

Прямая связь предназначена для вычисления мощности сигнала с помощью оценки переданной мощности и ошибки ОСП на предыдущем шаге. При обратной связи используется такая процедура, которая оценивает и прогнозирует качество канала связи, затем принимается решение об управление мощностью сигнала.

Идея быстрой оценки в реальном времени предложена в [2]. Это означает, что необходим адаптивный метод управления мощностью, который быстро определяет изменения качества связи. Примем 5и и 5и+1 за оцениваемые, а 5И и 5И+1 за прогнозируемые величины. Тогда коэффициент усиления, применяемый в алгоритме управления мощностью, можно найти из выражения

1

1-

об \

об

р15 іН+1 9

р2(5гй+1) +р2 СіН

, айёе піН *0,

айёе піН =0.

а ошибка ОСП определяется как

'' ' -9“)

"і Н+1

=5

Н+1

1-5

1______1

^ , р15 іН+1

Н+1

9'

об

р2(5гИ+1) +р2,

В реальных условиях всегда существует ряд ограничений на мощность сигнала, передаваемого мобильной станцией, а именно: максимальная излучаемая мощность мобильной станции 5’1тах и наименьший уровень мощности сигнала необходимого для обеспечения связи « т1П .

Тогда мощность мобильной станции будет рассчитываться так:

ї іН+1

айёё 5

9:

об

айее

іН+1 •

р1 (5,

5- т1П \2

Н+1

рА

+ р2 < 9!

об

Н+1

5-

Л іНТ іН іН-

Решение совместной оптимизации содержит три различных положения:

1) если канал хороший, то мобильная станция должна передавать сигнал с минимальной мощностью для обеспечения требуемого качества связи;

2) если канал плохой, - то передавать сигнал с максимальной мощностью при обеспечении заданного ОСП;

3) при экстремальных условиях, т.е. когда

9°б так мало, что 5іН5'їтш >9°б.

или так велико,

что

9°а задано некорректно или когда вычисленные или прогнозируемые величины далеки от реальных.

Для прогнозирования и оценки параметров используется фильтр Калмана. Эти экстремальные условия обеспечивают среднюю оценку работы фильтра при корректном 9°б.

Работа фильтра зависти от выбора параметров оптимизации.

Основываясь на трех положения решения совместной оптимизации с использованием фильтра, изменение примет следующий вид:

р1 (5іН+1) +р2 р15іН+1

5'..тах <9°б ; это происходит, если

5ї

ї іН+1

5ї

айёё 5)

9'

об

іН+1

р1

айёё

«1 /И + и /ИС/И.

Весовые коэффициенты р1 и р2 разрешают оптимальное соотношение между обеспечением качества системы и потреблением мобильной станцией.

Для оценки иИ будем использовать фильтр Калмана, на выходе которого формируется оценка

5/И+1 = 5 и + к/и (у/к - 5 и ).

Здесь К к - оптимальный коэффициент усиления

фильтра; уа/И = 5/И + V И - наблюдение за параметром 5/И, где V И - флуктуационный шум, вносимый базовой станцией с дисперсией .

Произведем сравнение эффективности систем регулирования мощности сигнала без фильтрации помех в канале измерений (рис. 2) и оптимальной распределенной системы управления мощностью излучения мобильной станции (рис. 3) при условии, что пользователь находится неподвижно на одном месте.

(5 (Н+1)

+ р2

9

об

р15 іН+1

5ї’

0

Рис. 4. Изменение мощности излучения мобильной Рис. 2. Зависимость мощности излучения мобильной станции при ее перемещении от базовой станции к гра-

станции от номера измерения без ф

нице зоны обслуживания без фильтрации помех

Рис. 3. Зависимость мощности излучения мобильной станции от номера измерения оптимальной распределенной системы управления мощностью радиостанции

Также произведем сравнения эффективности систем регулирования мощности сигнала без фильтрации помех в канале) измерений (рис. 4) и оптимальной распределении системы управления мощностью излучения мобильной станции (рис. 5) в условиях движения пользователя от базовой станции к границе зоны обслуживания базовой станции.

Дисперсия уровня мощности излучения мобильной станции существенно снижается при использовании фильтра Калмана для фильтрации флуктуационного шума, вносимого базовой станцией, что приводит к уменьшению уровня помех, вносимых мобильными станциями внутри сети.

Рис. 5. Изменение мощности излучения мобильной станции при ее перемещении от базовой станции к границе зоны обслуживания при распределенной системе управления мощностью

ЛИТЕРАТУРА

1. Lijun Qian, Zoran Gajic. Joint Optimization of Mobile's Transmission Power and SIR Error in CDMA Systems. Department of Electrical and Computer Engineering Rutgers The State University of New Jersey 94 Brett Road, Piscataway, NJ 08854-8058.

2. N. Bambos, Toward power-sensitive network architectures in wireless communications: concepts, issues and design as pects, IEEE Personal Communications, vol. 5, pp.50-59, 1998.

Поступила 01.11.2005 г.

0

200