9.2. Управление мощностью передатчиков MS и BTS при GPRS

В GSM/GPRS сетях, как и в классической GSM, используют адаптивную регулировку мощности передатчиков MS и BTS. Цель адаптивной регулировки - обеспечить работу с минимальной излучаемой мощностью при удовлетворении требований к качеству передачи информации. Использование адаптивной регулировки позволяет снизить энергопотребление и улучшить электромагнитную обстановку. Методы регулировки мощности при GPRS существенно сложнее методов классической GSM, так как при GPRS нет непрерывного 2-стороннего соединения MS и BTS.

Возможны различные алгоритмы регулировки мощности MS и BTS. Выбор и реализация того или иного алгоритма зависят от производителя оборудования и оператора GSM/GPRS сети, однако стандартом GSM определены виды измерений, которые должны выполнять MS и BTS для поддержки регулировки мощности, и форматы сообщений, которыми они обмениваются.

9.2.1 Регулировка мощности передатчика MS

При любом алгоритме необходимое значение мощности своего передатчика для каждого восходящего PDCH (PCH) MS вычисляет с использованием следующего соотношения:

PCH = min(Г0 – ГCH - а · (С + 48), PMAX), (9.4)

где Гсн — специфический для данной MS параметр, посылаемый ей сетью в управляющем RLC сообщении (RLC control message) либо вычисляемый самой MS. Индекс СН указывает на номер физического канала (временного слота) на данной несущей;

Г0 = 39 дБм (GSM 900) или 36 дБм (GSM 1800);

а — системный параметр, передаваемый на РВССН и опционально посылаемый MS в управляющем RLC сообщении. Он может принимать значения от 0 до 1;

С — нормализованный уровень принимаемого MS сигнала. Значение С MS вычисляет по результатам собственных измерений;

РMAX - максимальная мощность, которую можно использовать в соте (GPRS_MS_TXPWR_MAX_CCH, если существует РВССН, или MS_TXPWR_MAX_CCH, если РВССН отсутствует).

При обращении к сети на PRACH или RACH и до получения первых указаний на управление мощностью при передаче пакетов на PDCH MS использует выходную мощность, равную РMAX. В дальнейшем MS устанавливает необходимое значение мощности с точностью 2 ± 1,5 дБ. В течение четырех кадров одного радиоблока MS сохраняет мощность постоянной.

Для того, чтобы MS могла выполнить адаптивную регулировку мощности, она проводит измерение уровня принимаемого сигнала обслуживающей соты и его качества. Хотя MS излучает мощность только в Packet Transfer Mode, она должна быть готовой к передаче информации сразу после выхода из Packet Idle Mode, поэтому MS производит оценку уровня сигнала для целей управления мощностью в обоих режимах, но по-разному.

В Packet Idle Mode MS периодически измеряет уровень сигнала при приеме РСССН своей пейджинговой группы, а если он отсутствует - то уровень ВССН.

Нормализованное значение параметра С вычисляют для каждого радиоблока следующим образом:

Pblock n = SSblock n+PB,

где SSblock n — средней уровень сигнала 4 нормальных пакетов, образующих радиоблок с номером n;

PB — снижение выходной мощности ВТS при передачи РСССН по сравнению с мощностью при передаче ВССН. При использовании скачков по частоте значение PBснижают еще на 25% для каждого пакета, принимаемого на частоте ВССН. Значение параметра PBпередают на РВССН. Если РСССН отсутствует, MS контролирует уровень принимаемого сигнала на ВССН (в этом случае PB = 0).

Окончательно значение параметра С для данного блока (Сn) определяют с учетом результатов измерений предыдущих блоков с тем, чтобы исключить влияние кратковременных снижений уровня сигнала при замираниях. Такой метод обработки называют техникой скользящего окна:

Сn = (1-а) · Сn-1 + а · Cblock n, C0=0, (9.6)

Где n — номер итерации. При первом отсчете в новой соте его принимают равным 1;

а = 1 / min(n, max(5, TAVG_W/ ТDRX));

ТDRX — период прерывистого приема (DRX) для данной MS, равный 64

SPLIT_P_CYCLE, если разбиение на периоды DRX поддерживается и BS_PA_MFRMS в противном случае. Если DRX не используют, параметр SPLIT PG_CYCLE заменяют на 768 при РСССН или на 258 при СССН.

Параметр TAVG_W передают на РВССН или на ВССН (если РВССН отсутствует), BS_.PA_MFRMS передают на ВССН, а параметр SPLIT_PG__CYCLE определяют в процессе GPRS attach.

В Packet Transfer Mode MS использует для целей регулировки мощности результаты тех же измерений уровня ВССН несущей обслуживающей соты, что и для целей реселещии соты. Результаты измерений обрабатывают методом скользящего окна:

Cn=(1-b) ·  Cn-1 +b · SSn ,  (9.7)

где n —номер итерации;

SSn — уровень принимаемого сигнала данного отсчета;

b=1/(6 · TAVG_T.).

Рассмотренный метод регулировки мощности MS в Packet Transfer Mode нельзя использовать, если ВССН передают в другом диапазоне, нежели используемый PDCH. В этом случае MS проводит измерение уровня сигнала не ВССН несущей, а каждого радиоблока на одном из PDCH, наблюдаемом MS для РАССН. Сеть указывает на это MS посредством флажка PC_MEAS_CHAN.

В этом случае для каждого нисходящего радиоблока из (9.5) определяют Cblock n. После чего находят:

Сn=(1-с) · Сn-1 + с · Cblock n, (9.8)

где c=1/(12 · TAVG_T).

Мобильной станции, выполняющей передачу в восходящем направлении при фиксированном распределении, не требуется проводить измерения уровня сигнала и обновлять свою мощность РCHдо тех пор, пока не будет получено новое значение ГCH. MS в этом случае использует последнее значение Cn, измеренное перед началом передачи вверх.

В обоих режимах (Packet Idle Mode и Packet Transfer Mode), кроме оценки уровня сигнала (Cn), MS проводит для каждого блока оценку дисперсии уровня сигнала (SIGN_VARn).

Для регулировки мощности передатчика MS, т. е. при передаче на линии вверх, могут быть использованы следующие алгоритмы.

Управление с разомкнутой петлей (Open Loop Control). Выходную мощность MS устанавливает, основываясь на уровне принимаемого сигнала, считая одинаковыми значения затухания сигнала в направлениях вверх и вниз. Этот метод неточен, так как передачу в разных направлениях производят на разных частотах и в разные моменты времени, поэтому оценка потерь может быть сделана лишь приближенно. Управление с разомкнутой петлей используют при начале передачи пакетов.

При управлении с разомкнутой петлей в соотношении (9.4) принимают а=1:

Р = Г0 - Гсн - С - 48. (9.9)

Значение Гсн MS определяет самостоятельно так, чтобы уровень сигнала от MS на входе приемника BTS (SSBTS) был не ниже допустимого. Рассмотрим, каким образом MS определяет ГCH и Р.

Уровень сигнала, принимаемого MS:

SSMS = PBTS - PB – L,

где PBTS — максимальная выходная мощность BTS,

РB — снижение выходной мощности BTS в результате управления мощностью,

L — затухание сигнала на трассе, его значение полагаем одинаковым для обоих направлений.

Значение нормализованного уровня сигнала на входе MS:

C = SSMS + PB = PBTS – L.

Тогда выходная мощность MS:

P = Г0 - Гсн - С - 48 = Г0 - Гсн - PBTS + L - 48.

Уровень принимаемого сигнала на входе BTS:

SSBTS = P-L = Г0 - Гсн - PBTS -48.

Значение параметра Гсн, при котором будет обеспечено требуемое значение SSBTS:

Гсн = Г0 - PBTS - SSBTS - 48.

Подставляя это значение в (9.9), получаем необходимое значение мощности MS, при котором будет обеспечено требуемое значение SSBTS:

P=PBTS- C + SSBTS.

Таким образом, при регулировке с разомкнутой петлей MS использует только результаты собственных измерений (С), так как параметры PBTS и SSBTS известны и постоянны.

Управление с замкнутой петлей (Closed Loop Control). Сеть дает MS команду на установку мощности передатчика, основываясь на результатах измерений уровня сигнала на входе приемника BTS, подобно тому, как это делают в классической GSM.

При управлении с замкнутой петлей устанавливают а=0, поэтому соотношение (9.4) сводится к:

P = Г0 - Гсн

Рис. 9.1. Пример процесса регулировки мощности MS

Значение ГCH, которое и определяет выходную мощность, MS получает от сети. В свою очередь, сеть вычисляет ГCH, основываясь на результатах измерений уровня принимаемого сигнала на входе BTS. Команду на регулировку мощности (Power Control Parameters) сеть посылает MS по мере необходимости, чтобы уровень сигнала SSBTS на входе BTS поддерживался в требуемых пределах. Сообщение Power Control Parameters MS получает по логическому каналу PACCH/D. Это сообщение содержит значение а и 8 значений ГCH для каждого временного слота на данной несущей, так как в каждом TS действуют свои собственные помехи.

Управление, основанное на оценке качества (Quality Based Control). Оценивают не только уровень сигнала, но и отношение сигнал/помеха на входе приемника BTS. Этот метод используют в комбинации с вышеприведенными методами.

Рис. 9.1 иллюстрирует процесс регулировки мощности MS. При нахождения в Packet Idle Mode MS измеряет значение С для каждого РРСН блока. Одновременно BTS измеряет уровень помех на тех PDCH, которые являются кандидатами на передачу пакетов, для того чтобы иметь готовое значение ГCH при начале передачи пакетов. Его BTS сообщает MS в сообщении Packet Uplink Assignment. В Packet Transfer Mode MS измеряет С на ВССН несущей и изменяет свою мощность. BSS обновляет значение GCHи сообщает его MS по мере необходимости, например, при изменении уровня помех.

9.2.2. Управление мощностью передатчика BTS

В GSM/GPRS сетях используют адаптивную регулировку мощности не только MS, но и BTS. Регулировку мощности BTS проводят на основе результатов измерений, выполняемых MS и сообщаемых сети в сообщениях Channel Quailiiy Report.

В обоих режимах (Packet Idle Mode и Packet Transfer Mode), кроме оценки уровня сигнала (С) и его дисперсии (SIGN__VAR), MS оценивает качество канала и уровень помех. Уровень помех MS контролирует в свободных кадрах мультикадра (Idle Frames), когда передатчик базовой станции обслуживающей соты не излучает сигнала. Эти измерения никогда не проводят на ВССН несущей обслуживающей соты, так как на этой несущей BTS излучает постоянно.

В Packet Transfer Mode MS измеряет уровень помех во всех 8 временных слотах на той несущей, что и выделенные PDCH. MS может выполнять эти измерения во время свободных кадров и кадров РТССН, которые не использованы для декодирования BSIC или установки времени опережения.

Если MS, выполняющая передачу пакетов в мультислотовой конфигурации, не может выполнить измерений уровня помех вo всех 8 слотах, то она проводит измерения на этих физических каналах тогда, когда это станет возможным в соответствии с фактическим распределением.

Для каждого из 8-ми физических каналов (СН) каждое измерение SSCH,n состоит минимум из двух отсчетов уровня (один отсчет для свободного кадра, другой для кадра РТССН).

Измерения уровня помех усредняют техникой скользящего окна:

YCH,n = (1 - d) · YCH,n-1+ d · SSCH,n,      YCH,0 = 0.    (9.10)

где d = 1 / min(n, NAVG_j), n — номер итерации.

Значение параметра NAVG_j передают на РВССН или на ВССН, если РВССН отсутствует. Оно указывает то минимальное число измерений SSCH,n которое должна сделать MS, перед тем, как корректно определить YCH.

Для целей регулирования мощности мобильная станция в Packet Transfer Mode передает сети отчет о качестве канала (Channel Quality Report). В него MS включает: значения параметров С и SIGN_VAR; параметр RXQUAL, отражающий коэффициент ошибок перед канальным декодированием; 8 значений YCH (для каждого временного слота).

Находясь в Packet Idle Mode, MS также может проводить измерения уровней помех, чтобы при переходе в Packet Transfer Mode сразу же сообщить значения YCH сети. Это позволит BTS быстрее перейти на работу с той мощностью, которая необходима для нормального приема сигнала мобильной станцией. В Packet Idle Mode MS проводит измерения уровней помех только в том случае, если на это есть указание сети. Если на РВССН (или ВССН) сеть передает список каналов, на которых необходимо провести оценку уровня помех (INT_MEAS_CHANNEL_LIST), то MS, помимо измерения на РВССН для целей реселекции соты, выполняет измерения уровней помех на всех каналах, указанных в INT_MEAS_СHANNEL_LIST. Если сеть не передает список INT_MEAS_СHANNEL_LIST, то MS не выполняет измерения уровней помех. Измерения уровней помех (если они необходимы) и их последующее усреднение выполняют так же как в Packet Transfer Mode (во время свободных кадров и кадров РТССН 52-кадрового мультикадра).

При регулировке мощности BTS имеются следующие особенности.

На РВССН, РСССН и PTCCH/D BTS использует постоянную мощность, которая может быть меньше, чем мощность на ВССН. Величину снижения мощности, используемой на РСССН, по сравнению с мощностью на ВССН (Рв) передают на РВССН. При передаче радиоблоков других логических каналов (PDTCH/D и PACCH/D) возможна адаптивная регулировка мощности передатчика BTS. При этом в течение 4 кадров одного радиоблока мощность передатчика BTS сохраняют постоянной.

В каждом PDTCH/D блоке в поле PR (Power Reduced) заголовка RLC/MAC блока BTS указывает уровень мощности, который будет использован в следующем блоке в том же временном слоте. Радиоблоки, следующие за PACCH/D блоком, передают с неизменным уровнем мощности, так как поле PR существует только в заголовке блока RLC для передачи абонентских данных, но отсутствует в заголовке сигнального RLC блока. Как исключение из вышесказанного, сеть передает первый блок каждого мультикадра (В0) в каждом PDCH с той же мощностью, что и РВССН (или ВССН, если РВССН отсутствует).

Для регулировки выходной мощности BTS используют алгоритмы, сходные с алгоритмами регулировки мощности MS, В любом случае, выходную мощ­ность BTS устанавливают достаточной для доставки RLC блоков той MS, которой они предназначены.

Рис. 9.2. Пример процесса регулировки мощности BTS

Рис. 9.2 иллюстрирует процесс регулировки мощности BTS. В Packet Idle Mode MS измеряет значение С для каждого наблюдаемого РРСН блока и значения YCH на каналах-кандидатах на передачу пакетов.

В Packet Transfer Mode MS измеряет значение С на BCCH несущей и значения YCH на всех физических каналах несущей, на которой выделен PDCH. Эти значения MS передает BSS. Затем BTS изменяет свою выходную мощность.

BTS может использовать максимальную мощность в начале передачи пакетов, а для ускорения процесса регулировки запросить у MS измеренные в Packet Idle Mode значения С и YCH.